JP2012069310A - 電極の製造方法および電極製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集電体と活物質とを積層してなる電極の製造技術において、立体的構造を有し、しかも高密度な活物質層を形成することが可能な技術を提供する。
【解決手段】集電体１１の表面に活物質材料を含む塗布液をライン状に塗布し、ライン状パターン１２１からなる活物質層を形成する。これを高圧チャンバ４１に設置し、アルゴンガス供給源４３から高圧アルゴンガスを導入する。ライン状パターン１２１を加圧することで、ライン状パターン１２１内の空隙や気泡が潰れて活物質層が高密度化される。ライン状パターン１２１の表面が高圧ガスにより均等に加圧されるので、パターンが潰れずに立体的構造が維持される。
【選択図】図６

Description

この発明は、例えば電池用電極のように集電体と活物質とを積層してなる構造を有する電極を製造する技術に関するものである。

例えばリチウムイオン電池のような化学電池に用いられる電極では、高出力の電池を得るためには高密度の活物質層を形成することが効果的である。これを実現するために、例えば特許文献１に記載の技術では、集電体となる金属箔の表面に活物質材料を含むスラリーを塗布し、これを乾燥させた後、プレスロール装置に通して加圧し圧縮することで活物質の高密度化を図っている。

また近年では、活物質層の表面積を増大させて電池のさらなる特性の向上を図るべく、活物質層の表面が所定の立体的構造を持つ電極も考案されている。例えば特許文献２に記載の技術では、スパッタリング法や真空蒸着法により、ワイヤーメッシュを介して集電体表面に活物質材料を堆積させることにより、集電体表面から突出した立体的構造を有する活物質層を形成している。

特開２００６−１７５５０１号公報（例えば、図２） 特開２００２−２７９９７４号公報（例えば、図１）

このような立体的構造を持つ活物質層を有する電極に対しては、上記した特許文献１に記載のような加圧技術を適用することができない。というのは、プレスロールによる加圧では活物質の突出部分が押しつぶされてしまい、立体的構造を維持することができないからである。そのため、特許文献２に記載の技術では、立体的構造により活物質層の表面積の増大が図られているものの、活物質層自体を高密度化させることが困難である。

このことから、活物質層に立体的構造を持たせてその表面積を拡大しつつ、しかも活物質層の高密度化を図る技術が求められるが、そのような技術についてはこれまで確立されるに至っていない。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、集電体と活物質とを積層してなる電極の製造技術において、立体的構造を有し、しかも高密度な活物質層を形成することが可能な技術を提供することを目的とする。

この発明にかかる電極の製造装置は、上記目的を達成するため、集電体の表面に、該集電体に接する面と異なる表面が凹凸形状を有する活物質層を形成する活物質層形成工程と、前記活物質層の表面を大気圧よりも高圧の高圧流体によって加圧する加圧工程とを備えることを特徴としている。

このように構成された発明では、高圧流体によって活物質層の表面に均等な圧力が加わるため、活物質層の凹凸形状、すなわち立体的構造を維持したまま活物質層の高密度化を図ることが可能である。そのため、この発明によれば、立体的構造を有し、しかも高密度な活物質層を持つ電極を製造することが可能である。

この発明における加圧工程では、例えば、集電体に活物質層が形成されてなる積層体をチャンバの内部空間で保持するとともに、該チャンバの内部空間を高圧流体で満たすことで活物質層の表面を加圧するようにしてもよい。このようにすると、積層体を収容可能なチャンバと、該チャンバの内部空間を満たすに十分な量の高圧流体とを用意すれば済むので、電極の製造コストを抑えることができる。また、チャンバの内部空間に複数の積層体を収容して高圧流体を導入するようにすれば、さらなるコスト低減および電極製造のスループット向上を図ることができる。

ここで、高圧流体としては例えば不活性ガスを用いることができる。高圧の不活性ガスにより活物質層を加圧することにより、活物質層の組成を変化させることなく高密度化することができる。なお、常圧では不活性のガス種であっても高圧下では活物質を変質させる場合があるので、ガス種としては希ガスが最も好ましい。

また、活物質層形成工程では、例えば活物質材料を含む塗布液を集電体層の表面に部分的に塗布して活物質層を形成するようにしてもよい。このようにすると、集電体層の表面に立体的な構造を有する活物質層を形成することができ、塗布方法を適宜に選択することで、微細な凹凸パターンの活物質層を形成することも可能である。また、塗布液には活物質材料以外の材料も含まれているので、塗布により形成された活物質層は比較的低密度なものとなりがちである。したがって、本発明による加圧の効果が特に顕著である。このように、塗布による活物質層の形成とその加圧とを組み合わせることは、特に微細パターンを有し高密度な活物質層を形成するのに好適であり、表面積が広く高密度な活物質層を形成することが可能である。

この場合、例えば、活物質層形成工程の後、加圧工程の前に、集電体に塗布された塗布液を乾燥させる乾燥工程を備えてもよい。活物質層を加圧する前に液体成分を予め除去しておｐくことにより、加圧による高密度化の効果を高めることができる。

例えば、乾燥工程では、集電体に塗布された塗布液の周囲雰囲気を塗布時の気圧よりも低い気圧に減圧するようにしてもよい。このような減圧乾燥により、短時間で塗布液の液体成分を除去することができるほか、塗布液内部に不可避的に含まれる気泡を活物質層内部から排除することができるので、加圧による高密度化の効果をさらに高めることができる。

また、この発明においては、例えば、加圧工程と、加圧工程の後に活物質層の表面に加わる圧力を低減させる減圧工程とを交互に複数回実行するようにしてもよい。このように加圧および減圧を交互に繰り返すことで、活物質層内部の空隙を潰して活物質層をより高密度化させることができる。この場合において、減圧工程は大気圧以下にまで減圧することを要するものではない。

また、この発明にかかる電極製造装置は、上記目的を達成するため、集電体の表面に活物質層が形成されてなる積層体を収容可能な内部空間を有するチャンバと、高圧流体により前記チャンバの内部空間の圧力を大気圧よりも増大させる加圧手段とを備えることを特徴としている。

このように構成された発明では、上記した電極の製造方法の発明と同様に、チャンバ内に収容された積層体に形成された活物質層の表面を均等な圧力で加圧することにより、立体的構造を有し、しかも高密度な活物質層を持つ電極を製造することが可能である。

ここで、加圧手段は、例えば、積層体を収容したチャンバの内部空間に高圧流体を導入するように構成されてもよい。このような装置構成は比較的簡単なものであり、このような簡単な装置で高密度な活物質層を持つ電極を製造することができるので、特性の良好な電極を低コストで製造することが可能である。

この発明の電極製造装置では、例えば、集電体の表面に活物質層の材料物質を含む塗布液を塗布する塗布手段をさらに備えるようにしてもよい。前記したように、塗布による活物質層の形成とその加圧とを組み合わせることによって、立体的構造を有して表面積が大きく、しかも高密度の活物質層を形成することができ、特性の良好な電極を製造することが可能である。

本発明によれば、集電体表面に形成された活物質層の表面を高圧流体によって均等に加圧するので、立体的構造を失うことなく、しかも高密度な活物質層を有する電極を製造することができる。

この発明にかかる電極製造装置の一実施形態を示す図である。 図１の電極製造装置を利用して製造される電池の一例を示す図である。 この実施形態におけるリチウムイオン二次電池モジュールの製造方法を示すフローチャートである。 図１の電極製造装置による電極形成処理を示すフローチャートである。 塗布ユニットによる負極活物質層形成の様子を模式的に示す図である。 加圧ユニットの構成を示す図である。 加圧による効果を示す図である。 電極形成処理における減圧・加圧プロセスの例を示す図である。

図１はこの発明にかかる電極製造装置の一実施形態を示す図である。この電極製造装置１００では、センターロボット２を挟んで塗布ユニット３と加圧ユニット４とが対向配置されるとともに、これらを制御する制御部６が設けられている。この電極製造装置１００は、後述するリチウムイオン二次電池モジュールの電極を製造するための装置であり、より詳しくは、電極を構成する集電体を外部から受け入れて、その表面に活物質層を形成して電極を製造する装置である。処理対象物たるワークの外部との受け渡しおよび塗布ユニット３と加圧ユニット４との間でのワークの移動についてはセンターロボット２が担っている。

図２は図１の電極製造装置を利用して製造される電池の一例を示す図である。より詳しくは、図２（ａ）は図１の電極製造装置１００によって製造される電極を利用して製造されるリチウムイオン二次電池モジュール１の概観斜視図であり、図２（ｂ）はその断面構造を示す図である。このリチウムイオン二次電池モジュール１は、負極集電体１１の上に負極活物質層１２、固体電解質層１３、正極活物質層１４および正極集電体１５を順番に積層した構造を有している。この明細書では、Ｘ、ＹおよびＺ座標方向をそれぞれ図２（ａ）に示すように定義する。

図２（ｂ）に示すように、負極活物質層１２はＹ方向に沿って延びるライン状のパターン１２１がＸ方向に一定間隔を空けて多数並んだ、ラインアンドスペース構造となっている。各ライン状パターン１２１の寸法としては、その幅、高さとも例えば２０μｍないし２００μｍとすることができる。

一方、固体電解質層１３は固体電解質によって形成された連続する薄膜であり、上記のように負極集電体１１上に負極活物質層１２が形成されてなる積層体表面の凹凸に倣う（追従する）ように、該積層体上面のほぼ全体を一様に覆っている。固体電解質層１３の厚さについては任意であるが、正負の活物質層間が確実に分離され、また内部抵抗が許容値以下となるような厚さであることが必要である。例えば２０μｍないし５０μｍとすることができる。なお、表面積を増大させるために設けた負極活物質層１２の凹凸の意義を滅却しない、という観点からは、固体電解質層１３の厚さｔ13が負極活物質層１２の凹凸の高低差ｔ12よりも小さいことが望ましい。

また、正極活物質層１４は、その下面側は固体電解質層１３上面の凹凸に倣った凹凸構造を有するが、その上面は略平坦となっている。正極活物質層１４の厚さとしては、例えば２０μｍないし１００μｍとすることができる。そして、このように略平坦に形成された正極活物質層１４の上面に正極集電体１５が積層されて、リチウムイオン二次電池モジュール１が形成される。このリチウムイオン二次電池モジュール１に適宜タブ電極が設けられたり、複数のモジュールが積層されてリチウムイオン二次電池が構成される。

ここで、各層を構成する材料としては、リチウムイオン電池の構成材料として公知のものを用いることが可能であり、負極集電体１１、正極集電体１５としては、例えば銅箔、アルミニウム箔をそれぞれ用いることができる。また、正極活物質としては例えばＬｉＣｏＯ₂（ＬＣＯ）を主体とするものを、負極活物質としては例えばＬｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂（ＬＴＯ）を主体としたものをそれぞれ用いることができる。また、固体電解質層１３としては、例えばポリエチレンオキサイドとポリスチレンとの共重合体を用いることができる。なお、各機能層の材質についてはこれらに限定されるものではない。

このような構造を有するリチウムイオン二次電池モジュール１は、薄型で折り曲げ容易である。また、負極活物質層１２を図示したような凹凸を有する立体的構造として、その体積に対する表面積を大きくしているので、薄い固体電解質層１３を介した正極活物質層１４との対向面積を大きく取ることができ、高効率・高出力が得られる。このように、上記構造を有するリチウムイオン二次電池は小型で高性能を得ることができるものである。

次に、上記したリチウムイオン二次電池モジュール１を製造する方法について説明する。従来、この種のモジュールは各機能層に対応する薄膜材料を積層することによって形成されてきたが、この製造方法ではモジュールの高密度化に限界がある。以下に説明する製造方法では、少ない工程で、上記のような優れた構造を持つリチウムイオン二次電池モジュール１を製造することが可能である。

図３はこの実施形態におけるリチウムイオン二次電池モジュールの製造方法を示すフローチャートである。この製造方法では、まず負極集電体１１となる金属箔、例えば銅箔を準備する。薄い銅箔はその搬送や取り扱いが難しいので、例えば片面をガラス板や樹脂シート等のキャリアに適宜の固定方法で固定し搬送性を高めておくことが好ましい。以下の処理においては、このように銅箔をキャリアに固定したものを処理対象物たるワークとする（ステップＳ１０１）。

続いて、こうして準備されたワークを図１の電極製造装置１００に搬入する（ステップＳ１０２）。具体的には、負極集電体１１を上に向けた状態のワークを電極製造装置１００のステージ（図示省略）に載置する。そして電極製造装置１００により電極形成処理を実行し（ステップＳ１０３）、負極集電体１１および負極活物質層１２からなる負極電極をまず形成する。

図４は図１の電極製造装置による電極形成処理を示すフローチャートである。電極製造装置１００では、センターロボット２が、外部から搬入されるワークを受け取り、これをまず塗布ユニット３に搬入する（ステップＳ２０１）。塗布ユニット３は、搬入されたワークの負極集電体１１に負極活物質材料を含む塗布液をノズルスキャン法により塗布して負極活物質層１２を形成する（ステップＳ２０２）。

図５は塗布ユニットによる負極活物質層形成の様子を模式的に示す図である。より詳しくは、図５（ａ）は塗布ユニット３により実行される、ノズルスキャン法による塗布の様子をＸ方向から見た図、図５（ｂ）および図５（ｃ）は同じ様子をそれぞれＹ方向、斜め上方から見た図である。ノズルスキャン法によって塗布液を基材に塗布する技術は公知であり、本方法においてもそのような公知技術を適用することが可能であるので、装置構成については説明を省略する。

塗布液としては、例えば、前記した負極活物質を含む有機系ＬＴＯ材料（有機・無機複合材料）を用いることができる。塗布液には、負極活物質の他に、導電助剤としてのアセチレンブラックまたはケッチェンブラック、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、溶剤としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などを混合したものを用いることができる。なお、負極活物質材料としては上記したＬＴＯの他に例えば黒鉛、金属リチウム、ＳｎＯ₂、合金系などを用いることが可能である。

塗布ユニット３には、上記有機系ＬＴＯ材料を塗布液として吐出するための吐出口３１２を有する吐出ノズル３１１をＹ方向に沿って複数配設されたシリンジポンプ３１が設けられている。一方、搬入されたワークＷは、例えばガラス板からなるキャリア１０に負極集電体となる銅箔１１が固定されたものである。吐出ノズル３１１をワークＷの上方に配置し、吐出口３１２から一定量の塗布液３１ｐを吐出させながら、吐出ノズル３１１を銅箔１１に対し相対的に矢印方向Ｄnに一定速度で走査移動させる。

こうすることで、銅箔１１上には塗布液３１ｐがＹ方向に沿ったライン状に塗布される。シリンジポンプ３１に複数の吐出ノズル３１１を設けることで１回の走査移動で複数のストライプを形成することができ、必要に応じて走査移動を繰り返すことで、銅箔１１の全面にライン状に塗布液を塗布することができる。これにより、銅箔１１の上面に負極活物質によるライン状パターン１２１が形成される。

この時点では、負極活物質層１２を構成する各ライン状パターン１２１は塗布直後で溶剤成分が残留し、また内部に気泡を含むなど多孔質で低密度な状態である。また溶剤の揮発後も液体成分の離脱に伴う空隙が残る。この状態ではリチウムイオンの収蔵力が低く、電池として高容量を得ることができない。そこで、負極活物質層１２をより高密度化すべく、ワークＷを加圧ユニット４に移動させ（ステップＳ２０３）、加圧処理を行う。この時点でのワークＷは、キャリア１０上に、負極集電体１１に負極活物質層１２を形成してなる負極電極を固定したものである。

図６は加圧ユニットの構成を示す図である。加圧ユニット４は、内部空間ＳＰにワークＷを収容可能な高圧チャンバ４１を備えている。高圧チャンバ４１の内部には、ワークＷを載置するためのステージ４２が設けられている。高圧チャンバ４１のインレット４１１には、制御弁４３１を介して不活性ガス源としてのアルゴンガス供給源４３が接続されている。制御部６からの制御指令によって制御弁４３１が開かれると、アルゴンガス供給源４３から高圧のアルゴンガスが高圧チャンバ４１内に導入される。

また、高圧チャンバ４１のアウトレット４１２には、３つの制御弁４４１，４４２，４４３が接続されている。制御弁４４１は真空ポンプ４５に接続されており、制御部６からの制御指令によって制御弁４４１が開かれると高圧チャンバ４１の内部空間ＳＰが減圧される。また、制御弁４４２は図示しないガス回収部に接続されており、制御部６からの制御指令によって制御弁４４２が開かれると高圧チャンバ４１内のガスがガス回収部に回収される。さらに、制御弁４４３は高圧チャンバ４１内を大気圧に解放するリークバルブとして機能する。

このように構成された加圧ユニット４では、高圧チャンバ４１に搬入されたワークＷが負極活物質によるライン状パターン１２１を上に向けてステージ４２に載置される。この時点では負極活物質層１２内に溶剤が残留している可能性がある。液体成分が残留していると加圧による圧縮効果が低くなる。そこで、まず真空ポンプ４５によりチャンバ内部空間ＳＰを減圧し溶剤を揮発させる減圧乾燥を行う（ステップＳ２０４）。これによりチャンバ内の酸素を低減させる作用もある。続いて、アルゴンガス供給源４３から高圧のアルゴンガスを高圧チャンバ４１内に導入する（ステップＳ２０５）。アルゴンガスの圧力としては、例えば１５ＭＰａ程度である。

図７は加圧による効果を示す図である。高圧チャンバ４１内にワークＷを載置し内部空間ＳＰを高圧のアルゴンガスで満たすことにより、図７（ａ）に示す矢印のように、負極集電体１１上に形成された負極活物質のライン状パターン１２１は高圧ガスにより周囲から均等な圧力で押圧される。これにより、ライン状パターン１２１の内部の空隙や気泡が潰れパターンが圧縮される。その結果、図７（ｂ）に示すように、ライン状パターン１２１が収縮して高密度化される。パターンには均等に圧力が加わるため、ライン状パターン１２１が倒壊することはない。

加圧した状態を一定期間（例えば２分程度）保持した後、制御弁４４２を開いて高圧チャンバ４１内の高圧アルゴンガスをガス回収部に回収してから、制御弁４４３を開いてチャンバ内の圧力を大気圧に解放して（ステップＳ２０６）、ワークＷを搬出する（ステップＳ２０７）。

こうして形成された電極は、負極集電体１１たる銅箔の表面に互いに平行な複数のライン状パターン１２１からなる負極活物質層１２が形成されたものであり、加圧により圧縮されて高密度化されている。このため、同じ体積では圧縮前の活物質に比べて電極としての容量が向上している。負極活物質層１２を構成するライン状パターン１２１の表面は高圧ガスによって均等に加圧されているため、パターンが潰れず、活物質の体積に対して表面積が大きい立体的構造が維持されている。

図３に戻って、この実施形態におけるリチウムイオン二次電池モジュールの製造方法の説明を続ける。上記のようにして形成された負極電極については（ステップＳ１０３）、固体電解質層を介して他方極の正極電極と積層されることにより電池として機能するようになる。その製造方法については任意であるが、例えば次のようにすることができる。

上記のようにして形成された負極電極の負極活物質層１２側の表面に、固体電解質層１３を形成する（ステップＳ１０４）。固体電解質層１３については、例えば固体電解質材料を含む塗布液を負極電極に塗布することにより形成することができる。塗布方法は任意であるが、負極活物質層１２表面の凹凸に倣った凹凸を有する薄膜状の固体電解質層を形成するのに適した公知の塗布方法としては、スピンコート法やスプレーコート法などがある。また、例えばノズルスキャン法やナイフコート法により、負極活物質層１２表面の凹凸を覆い隠すような固体電解質層を形成してもよい。

この場合の塗布液としては、前記した高分子電解質材料、例えばポリエチレンオキサイドとポリスチレンとの共重合体、支持塩としての例えばＬｉＰＦ₆（六フッ化リン酸リチウム）および溶剤としての例えばジエチレンカーボネートなどを混合したものを用いることができる。

続いて、こうして形成された固体電解質層１３の表面に正極活物質層１４を形成する（ステップＳ１０５）。その形成方法も特に限定されないが、例えば負極活物質層と同様に、正極活物質材料を含む塗布液の塗布によることができる。塗布方法としては、ノズルスキャン法、ナイフコート法およびバーコート法などを用いることができる。

正極活物質を含む塗布液としては、例えば、前記した正極活物質と、導電助剤としての例えばアセチレンブラック、結着剤としてのＳＢＲ、分散剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）および溶剤としての純水などを混合した水系ＬＣＯ材料を用いることができる。正極活物質材料としては、上記したＬＣＯの他、ＬｉＮｉＯ₂またはＬｉＦｅＰＯ₄、ＬｉＭｎＰＯ₄、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、またＬｉＭｅＯ₂（Ｍｅ＝Ｍ_xＭ_yＭ_z；Ｍｅ、Ｍは遷移金属、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で代表的に示される化合物、例えばＬｉＮｉ_1/3Ｍｎ_1/3Ｃｏ_1/3Ｏ₂、ＬｉＮｉ_0.8Ｃｏ_0.15Ａｌ_0.05Ｏ₂などを用いることができる。

さらに、こうして形成された正極活物質層１４の上面に金属箔、例えばアルミニウム箔を積層して正極集電体層１５を形成する（ステップＳ１０６）。このとき、先のステップＳ１０５で形成された正極活物質層１４が硬化しないうちに、その上面に正極集電体１５を重ねることが望ましい。こうすることで、正極活物質層１４と正極集電体１５とを互いに密着させて接合することができる。また正極活物質層１４の上面は平らに均されているので、正極集電体１５を隙間なく積層することが容易となっている。

この時点では、負極活物質層１２については加圧により高密度化されているものの、正極活物質層１４については塗布直後の低密度の状態のままである。そこで、正極活物質層１４についても高密度化すべく加圧を行うが、負極活物質層１２は既に加圧により圧縮され、しかもその表面を覆って固体電解質層１３および正極活物質層１４が形成されているため、ここでの加圧によってパターン形状が崩れるおそれは低い。したがって、正極活物質層１４の加圧については、公知の加圧技術、例えばロールプレス技術を適用することができる（ステップＳ１０７）。もちろん加圧ユニット４により加圧を行ってもよい。

以上のようにして製造されるリチウムイオン二次電池モジュール１は、前記した通り、薄型で折り曲げ容易であり、電気化学特性の良好なものである。特に、正負の活物質層が加圧により高密度化されており、小さい体積で高容量の電池を構成することができる。

そして、このモジュールを用いて構成される電池は有機溶剤を含まない全固体電池であり、取り扱いが容易であるとともに、小型で優れた性能を有するものである。このような電池は、電気自動車、電動アシスト自転車、電動工具、ロボットなどの機械類や、パーソナルコンピュータ、携帯電話や携帯型音楽プレイヤー、デジタルカメラやビデオカメラなどのモバイル機器、スマートＩＣカード、ゲーム機、ポータブル型の測定機器、通信機器や玩具など各種の電子機器に使用することが可能である。

以上説明したように、この実施形態では、高圧チャンバ４１が本発明の「チャンバ」として機能しており、アルゴンガス供給源４３と制御弁４３１とが一体として本発明の「加圧手段」として機能している。また、この実施形態では、高圧アルゴンガスが本発明の「高圧流体」に相当している。また、この実施形態では、塗布ユニット３が本発明の「塗布手段」として機能している。

また、この実施形態の電極形成処理（図４）におけるステップＳ２０１ないしＳ２０２が本発明の「活物質層形成工程」に相当する一方、ステップＳ２０５が本発明の「加圧工程」に相当している。また、ステップＳ２０４が本発明の「乾燥工程」に相当している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、負極活物質材料を含む塗布液を負極集電体１１に塗布した後、乾燥のための減圧およびパターン収縮のための加圧をこの順にそれぞれ１回ずつ行っているが、これに限定されず、例えば次のようにしてもよい。

図８は電極形成処理における減圧・加圧プロセスの例を示す図である。横軸を時刻、縦軸を加圧チャンバ４１内の圧力としてチャンバ内圧力の変化を表すと、上記実施形態では、図８に実線で示すように、ワーク搬入時の大気圧からこれより低圧の圧力Ｐ1までいったん減圧されて塗布液の減圧乾燥が行われる。その後、チャンバ内圧が大気圧よりも高圧の圧力Ｐ2まで上昇し、この状態が一定期間維持されて負極活物質層に対する加圧処理が行われた後、圧力が解放されて大気圧に戻る。

これに対して、図８に破線で示すように、加圧後にチャンバ内圧をいったん圧力Ｐ3まで減圧してから再び加圧する、というプロセスを１回または複数回繰り返すようにしてもよい。塗布液（負極活物質層）に対する加圧工程と減圧工程とを交互に行うことによって、内部に残留する空隙や気泡などをより確実に押し潰し、活物質層のさらなる高密度化を図ることが可能となる。この場合において、加圧後の減圧時におけるチャンバ内圧Ｐ3については、負極活物質層に対して十分な圧力変化を与えることができれば足り、特に大気圧と関連付けて設定する必要はない。すなわち、このときの圧力Ｐ3は、大気圧と同等、これよりも高圧、低圧のいずれであってもよい。また、加圧時のチャンバ内圧Ｐ2については、繰り返しの度ごとに同じ圧力とする必然性はなく、例えば後工程ほど圧力を高めるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、負極集電体層１２を加圧する前に減圧乾燥により塗布液の乾燥を行っているが、この工程は必須のものではない。例えば、塗布液が十分乾燥した状態でワークが加圧ユニット４へ搬入される場合には、この工程を省略することができる。この場合、加圧前に加圧チャンバ４１内の酸素を不活性ガスによりパージする工程を加えてもよい。

また、乾燥工程は減圧によるものに限定されず、例えばワークＷをホットプレートに載置し加熱乾燥を行ってもよい。この場合、塗布ユニット３または加圧ユニット４に設けられたワーク載置用のステージをホットプレートとして使用することも可能である。

また、上記実施形態では、高圧チャンバ４１に導入する高圧流体として加圧されたアルゴンガスを使用しているが、高圧流体はこれに限定されず、例えば乾燥空気や各種の不活性ガスを用いることが可能である。ただし、乾燥空気や、常温常圧では不活性ガスとして扱われる窒素ガスについては、高圧下では電極を構成する材料と化学反応を起こし変質させてしまう可能性があるため、高圧流体のガス種としては希ガスが望ましい。

また、加圧された液体を高圧流体として用いてもよいが、この場合、液体が電極材料を溶解させる成分を含まないことが必要であり、また加圧終了後のワークからの液体の除去についても考慮する必要がある。

また、上記実施形態では、本発明にかかる製造方法によりまず負極電極を製造し、これを用いて電池の製造を行っているが、これに代えて、正極電極を本発明の製造方法により形成し、これに他の機能層を積層することで電池を製造してもよい。また、正極電極、負極電極のそれぞれを本発明の製造方法により製造し、これらを電解質層を介して対向させることで電池を製造するようにしてもよい。

また、上記実施形態の説明に用いた各機能層の塗布方法はその例を示したものに過ぎず、本発明にかかる電極および電池の製造方法がこれらの塗布方法によるものに限定されるものではない。また、固体電解質層および正極活物質層については塗布により形成されるものに限定されない。

また、上記実施形態で例示した集電体、活物質、電解質等の材料はその一例を示したものであってこれに限定されず、リチウムイオン電池の構成材料として用いられる他の材料を使用してリチウムイオン電池を製造する場合においても、本発明の製造方法を好適に適用することが可能である。また、リチウムイオン電池に限らず、他の材料を用いた化学電池全般の製造に本発明を適用することが可能である。

この発明は、リチウムイオン二次電池のような化学電池用電極および該電極を含む電池を製造する技術に特に好適に適用することができる。

３ 塗布ユニット（塗布手段）
４ 加圧ユニット
１１ 負極集電体
１２ 負極活物質層
１３ 電解質層
１４ 正極活物質層
１５ 正極集電体
４１ 高圧チャンバ（チャンバ）
４３ アルゴンガス供給源（加圧手段）
４３１ 制御弁（加圧手段）
Ｓ２０１〜Ｓ２０２ 活物質層形成工程
Ｓ２０５ 加圧工程
Ｓ２０４ 乾燥工程

Claims (10)

1. 集電体の表面に、該集電体に接する面と異なる表面が凹凸形状を有する活物質層を形成する活物質層形成工程と、
   前記活物質層の表面を大気圧よりも高圧の高圧流体によって加圧する加圧工程と
   を備えることを特徴とする電極の製造方法。
2. 前記加圧工程では、前記集電体に前記活物質層が形成されてなる積層体をチャンバの内部空間で保持するとともに、該チャンバの内部空間を前記高圧流体で満たすことで前記活物質層の表面を加圧する請求項１に記載の電極の製造方法。
3. 前記高圧流体は不活性ガスである請求項１または２に記載の電極の製造方法。
4. 前記活物質層形成工程では、活物質材料を含む塗布液を前記集電体層の表面に部分的に塗布して前記活物質層を形成する請求項１ないし３のいずれかに記載の電極の製造方法。
5. 前記活物質層形成工程の後、前記加圧工程の前に、前記集電体に塗布された前記塗布液を乾燥させる乾燥工程を備える請求項４に記載の電極の製造方法。
6. 前記乾燥工程では、前記集電体に塗布された前記塗布液の周囲雰囲気を塗布時の気圧よりも低い気圧に減圧する請求項５に記載の電極の製造方法。
7. 前記加圧工程と、前記加圧工程の後に前記活物質層の表面に加わる圧力を低減させる減圧工程とを、交互に複数回実行する請求項１ないし６のいずれかに記載の電極の製造方法。
8. 集電体の表面に活物質層が形成されてなる積層体を収容可能な内部空間を有するチャンバと、
   高圧流体により前記チャンバの内部空間の圧力を大気圧よりも増大させる加圧手段と
   を備えることを特徴とする電極製造装置。
9. 前記加圧手段は、前記積層体を収容した前記チャンバの内部空間に前記高圧流体を導入する請求項８に記載の電極製造装置。
10. 前記集電体の表面に前記活物質層の材料物質を含む塗布液を塗布する塗布手段を備える請求項８または９に記載の電極製造装置。

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