JP2014049231A - 電極製造のための塗布装置、電極製造装置および電極製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】活物質材料および溶剤を含む塗布液を基材の表面に安定して良好に塗布する電極製造のための塗布技術、および当該塗布技術を用いて高品質な電極を製造する。
【解決手段】ステージ２０に支持されたシートＳの表面に対して活物質材料および溶剤を含む塗布液を塗布する。シートＳに対して相対移動しながらシートＳを直接加熱する加熱部４３と、加熱部４３により加熱されたシートＳに対して相対移動しながら塗布液をシートＳの表面に吐出するノズル４２とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、基材の表面に高アスペクト比の活物質パターンを形成した電極を製造する電極製造技術および電極製造に用いられる塗布装置に関するものである。

例えばリチウムイオン二次電池のような化学電池に用いられる電極を製造するために、種々の電極製造技術が提案されている。例えば特許文献１に記載の技術においては、ロールから巻き出された集電体（金属箔）が複数のローラに掛け渡され、所定方向に搬送される。そして、集電体の搬送中に、特許文献１に記載の電極製造装置は、当該集電体の予備加熱、集電体への電極合剤の塗布および溶剤の乾燥除去を実行する。電極合剤は電極活物質材料、結合剤および溶剤を含んでおり、上記電極製造装置によって集電体の表面に活物質パターンが形成される。また、予備加熱を行うことで集電体と活物質パターンとの接着強度が高められるととともに、活物質パターンのアスペクト比を高めることが可能となっている。

特開２０１２−３３４２６号公報（例えば、図２）

特許文献１に記載の装置では、複数のローラのうち１つがバックアップローラとして機能している。このバックアップローラは所定の表面温度（１００〜１６０℃）を有するように全体的に加熱されている。このため、バックアップローラに巻き掛けられる集電体は加熱され、集電体の表面温度は７０〜１００℃に達する。また、バックアップローラの巻き掛け領域に対向してコータが配置され、バックアップローラで支持される集電体の表面に電極合剤が塗布される。このように、従来装置では、バックアップローラ全体を加熱しているため、バックアップローラを比較的高い熱伝導率を有し、熱膨張率も比較的高い材料、例えばＳＵＳ３０４等のステンレス鋼を使わざるを得ない。その結果、次の問題が発生することがあった。

集電体の表面に対して所望高さの活物質パターンを形成するためには、コータと集電体との距離を一定に保つ必要がある。しかしながら、加熱されたバックアップローラは５〜５０［μｍ］程度膨張することがあり、その結果、活物質パターンの高さが所望値よりも低くなったり、塗布不良が発生することがあった。さらに最悪ケースでは、集電体がコータに接触して集電体およびコータの双方が傷ついてしまうことがあった。

なお、このような課題は、ロールから集電体などの連続シート状の基材を巻き出して当該基材の表面に活物質パターンを形成する電極製造方式に限ったものではない。例えば所定サイズおよび形状等に切り分けられた枚葉シート状の基材を吸着ステージで支持しながら当該基材の表面に活物質パターンを形成する電極製造方式においても同様に発生し得る。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、活物質材料および溶剤を含む塗布液を基材の表面に安定して良好に塗布する電極製造のための塗布技術、および当該塗布技術を用いて高品質な電極を製造する技術を提供することを目的とする。

この発明の第１の態様は、支持部材に支持された基材の表面に対して活物質材料および溶剤を含む塗布液を塗布する電極製造のための塗布装置であって、基材に対して相対移動しながら基材を直接加熱する加熱部と、加熱部により加熱された基材に対して相対移動しながら塗布液を基材の表面に吐出するノズルとを備えている。

また、この発明の第２の態様は、電極製造装置であって、基材を支持する支持部材と、支持部材に支持された基材を加熱する加熱部と、支持部材に支持された基材の表面に活物質材料および溶剤を含む塗布液を吐出するノズルと、支持部材に支持された基材に対して加熱部およびノズルを相対移動させる移動実行部とを備え、加熱部が基材に対して相対移動しながら基材を直接加熱し、ノズルが加熱部により加熱された基材に対して相対移動しながら塗布液を基材の表面に吐出して塗布する。

さらに、この発明の第３の態様は、電極製造方法であって、（ａ）支持部材に支持された基材に対して活物質材料および溶剤を含む塗布液を塗布する工程と、（ｂ）基材に塗布された塗布液を乾燥させて電極を形成する工程とを備え、工程（ａ）は、（ａ−１）基材に対して加熱部を相対移動させながら加熱部により基材を直接加熱する予熱工程と、（ａ−２）加熱部により加熱された基材に対してノズルを相対移動させながらノズルから塗布液を吐出する工程とを有する。

このように構成された発明では、加熱部が基材を加熱して当該基材の温度を上昇させる。こうして加熱された基材の表面にノズルから塗布液が吐出され、当該基材表面に塗布される。この塗布直後から溶剤の乾燥除去が開始され、塗布後の塗布液の広がりが抑えられる。その結果、高アスペクト比を有する活物質パターンが基材の表面に形成される。

また、上記したように塗布液の塗布前に基材を加熱する、いわゆる予備加熱が実行されるが、加熱部は基材を直接加熱しているため、支持部材の温度を上昇させて基材を加熱する必要がない。したがって、当該支持部材で支持される基材とノズルとの距離変動が効果的に防止される。その結果、塗布液を基材の表面に安定して良好に塗布して高品質な電極が製造される。

この発明によれば、基材を直接加熱することで支持部材の熱膨張を回避しながら基材を予備加熱した後で、加熱された基材の表面に塗布液を塗布している。このため、予備加熱された基材の表面に塗布液を安定して良好に塗布することができ、高品質な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第１実施形態の概略構成を示す図である。 図１の電極製造装置に装備されるヘッド部の構成を詳細に示す拡大図である。 ヘッド部によるシートの予備加熱およびヘッド部からの塗布液の吐出の様子を模式的に示す図である。 第１実施形態における電極製造処理を示すフローチャートである。 この発明にかかる電極製造装置の第２実施形態の概略構成を示す図である。 図５の電極製造装置に装備されるヘッド部の構成を詳細に示す拡大図である。

図１はこの発明にかかる電極製造装置の第１実施形態の概略構成を示す図である。この電極製造装置１Ａは、例えばリチウムイオン二次電池の電極として用いられる電池用電極の製造プロセスの動作主体となるものである。より詳しくは、電極製造装置１Ａは、予め所望の形状およびサイズに切り分けられた金属製の枚葉シートＳを基材とし、当該シートＳの表面に活物質材料を塗布して活物質パターンを形成することで、集電体（シートＳ）に活物質パターンが形成された電池用電極を製造する。

以後の説明のために、図１に示すようにＸＹＺ座標軸を設定する。ここでＸＹ平面が水平面であり、Ｚ軸は鉛直軸と一致する。Ｚ軸における正方向は鉛直上向き方向である。この点については、後で説明する実施形態においても同様である。

電極製造装置１Ａは、シートＳの裏面全体を上面２１で支持してシートＳを水平姿勢で吸着保持するステージ２０と、ステージ２０を水平面内で移動させるステージ移動機構３０と、ステージ２０上のシートＳの表面に塗布液を塗布する塗布ユニット４０とを備えている。

ステージ２０はシートＳよりも大きな平面サイズを有する酸化アルミニウム（通称：アルミナ）製の平板で構成されている。ステージ２０の上面２１には、複数の吸着孔（図示省略）が設けられている。これらの吸着孔は負圧供給部（図示省略）と接続されており、装置全体を制御する制御ユニット５０からの吸着指令にしたがって負圧供給部が作動することでシートＳをステージ２０の上面２１で吸着保持可能となっている。

ステージ移動機構３０は電極製造装置１Ａの基台１１上に設けられている。ステージ移動機構３０は、下段からステージ２０をＸ方向に移動させるＸ方向移動機構３１、Ｙ方向に移動させるＹ方向移動機構３２、および、Ｚ方向を向く軸を中心に回転させるθ回転機構３３を有する。Ｘ方向移動機構３１は、モータ３１１にボールねじ３１２が接続され、さらに、Ｙ方向移動機構３２に固定されたナット３１３がボールねじ３１２に取り付けられた構造となっている。ボールねじ３１２の上方にはガイドレール３１４が固定されている。このため、制御ユニット５０からの動作指令に応じてモータ３１１が回転すると、ナット３１３とともにＹ方向移動機構３２がガイドレール３１４に沿ってＸ方向に滑らかに移動する。

Ｙ方向移動機構３２もモータ３２１、ボールねじ機構およびガイドレール３２４を有し、制御ユニット５０からの動作指令に応じてモータ３２１が回転するとボールねじ機構によりθ回転機構３３がガイドレール３２４に沿ってＹ方向に移動する。また、θ回転機構３３はモータ３３１を有し、制御ユニット５０からの動作指令に応じてモータ３３１が回転すると、ステージ２０がＺ方向を向く軸を中心に回転する。このように、制御ユニット５０の速度制御部５１がステージ移動機構３０の各部を制御して塗布ユニット４０のヘッド部４１のシートＳに対する相対的な移動方向、向きおよび移動速度が変更可能とされる。

塗布ユニット４０のヘッド部４１は、基台１１に固定されたフレーム１２に固定されている。このフレーム１２はステージ２０を跨ぐようにアーチ状に設けられている。フレーム１２には、ヘッド部４１が上方よりステージ２０を臨むように取り付けられている。ヘッド部４１はシートＳ上に液状の塗布液を吐出する吐出ノズル４２およびシートＳに向けて赤外線光を照射して加熱する加熱部４３を有している。吐出ノズル４２は吐出口を下方に向けて配置されている。吐出ノズル４２には塗布液供給部４４が接続されている。

塗布液供給部４４では、逆止弁４４１を有する供給管４４２の一方端が吐出ノズル４２に取り付けられる。供給管４４２の他方端は分岐しており、一方がポンプ４４３に接続され、他方が制御弁４４４を介してタンク４４５に接続される。このタンク４４５には、活物質材料および溶剤を含む電極形成用の塗布液が貯留されている。そして、制御ユニット５０からの動作指令に応じてポンプ４４３および制御弁４４４が作動することで、タンク４４５内の塗布液が吐出ノズル４２に向けて圧送される。

また、ヘッド部４１では、吐出ノズル４２の（−Ｘ）方向側に加熱部４３が、吐出ノズル４２から距離Ｄ１（図２参照）だけ離れて配置されている。加熱部４３は複数の光ファイバ４３１を介して赤外線を発生する光源ユニット４３２に接続されている。このため、制御ユニット５０からの点灯指令に応じて光源ユニット４３２が作動すると、赤外線光が光ファイバ４３１を介して加熱部４３に導光され、ステージ２０上のシートＳに照射される。これによってシートＳが加熱される。なお、加熱部４３は後述するようにシートＳを予備加熱する機能を有するものであるため、可能な限り距離Ｄ１を短く設定し、一定に維持するのが望ましい。

図２は図１の電極製造装置に装備されるヘッド部の構成を詳細に示す拡大図である。より詳しくは、図２（ａ）はヘッド部４１を側面から見たときの吐出ノズル先端付近の形状を示す図であり、図２（ｂ）はヘッド部４１を下方から見た図である。図２（ａ）に示すように、吐出ノズル４２は内部が筒状の空洞４２ａになっており、下端が図において斜め右方に開口して吐出口４２ｂを形成している。タンク４４５から供給管４４２を経由して輸送されてくる塗布液は、吐出ノズル４２下端の吐出口４２ｂからシートＳに向けて吐出される。

吐出ノズル４２の（―Ｘ）方向側に配置された加熱部４３の先端には、複数の光ファイバ４３１の先端部が束ねられ、先端面をシートＳに向けて配置されている。制御ユニット５０の光量制御部５２からの点灯指令に応じて光源ユニット４３２から赤外線光が吐出ノズル４２による塗布液の塗布直前にシートＳに照射され、加熱される。また、光量制御部５２は、赤外線光のＯＮ／ＯＦＦ機能のみならず、光源ユニット４３２の赤外線発光量を調整する機能も有している。

図２（ｂ）に示すように、吐出口４２ｂはＹ方向に略等間隔で複数配列されている。加熱部４３下端では、これら複数の光ファイバ４３１がＹ方向における吐出口４２ｂの配設位置を全てカバーできるよう、長円形に束ねられている。

なお、吐出口４２ｂの個数は特に限定されないが、例えば２５６個とすることができる。また、吐出ノズル４２の材質についても特に限定されないが、吐出液に対し汚染物質を混入させることがなく、微細加工ができるという点から、例えばシリコンやジルコニアの結晶を用いることができる。

図３はヘッド部によるシートの予備加熱およびヘッド部からの塗布液の吐出の様子を模式的に示す図である。より詳しくは、図３（ａ）は、シートＳが予備加熱されている様子および塗布液がヘッド部４１から吐出されている様子を側面から見た図である。また、図３（ｂ）は同じものを斜め上方から見た図である。以下、図１ないし図３を参照しつつ、この電極製造装置１Ａによる配線形成の基本動作について説明する。

シートＳの予備加熱は加熱部４３により行われる。まず、制御ユニット５０が光源ユニット４３２に点灯させて赤外線光を発光させる。このとき、制御ユニット５０の光量制御部５２は光源ユニット４３２の発光量を調整する。そして、光量調整された赤外線光が光ファイバ４３１を介して加熱部４３に導光され、ステージ２０上のシートＳに照射される。これによって、制御ユニット５０による温度制御のもと、加熱部４３の下方位置Ｐ１でシートＳが加熱される。

電極製造を行う際には、赤外線光の連続照射と並行し、制御ユニット５０の速度制御部５１がステージ移動機構３０の各モータを駆動制御し、ヘッド部４１の下方でシートＳの表面が所望速度で（＋Ｘ）方向に移動するように制御を行う。言い換えれば、ヘッド部４１は相対的にシートＳ表面を走査しながら（−Ｘ）方向に移動することになる。これにより、シートＳ表面が位置Ｐ１で加熱部４３により予備加熱された直後に吐出ノズル４２の下方位置Ｐ２に移動する。

吐出ノズル４２は予備加熱されたシートＳ表面に塗布液Ａ１を吐出する。吐出ノズル４２からの塗布液の吐出は、図１に示す逆止弁４４１、ポンプ４４３および制御弁４４４により行われる。まず、制御ユニット５０の制御により制御弁４４４が開放された状態でポンプ４４３が吸引動作を行う。このとき、逆止弁４４１により塗布液の逆流が阻止されるため、タンク４４５からポンプ４４３へと塗布液が引き込まれる。次に、制御ユニット５０の制御により制御弁４４４が閉じられ、ポンプ４４３が押出動作を行う。これにより、吐出ノズル４２の複数の吐出口４２ｂそれぞれから塗布液が連続的に吐出され、位置Ｐ２でシートＳ表面に与えられる。これにより、シートＳ表面には塗布液がＸ方向に沿った筋状に塗布される。このとき、位置Ｐ２では、吐出口４２ｂからは走査移動方向の後方に向かって塗布液Ａ１が吐出され、吐出された液が吐出口４２ｂの近傍に滞留することが防止される。

図４は第１実施形態における電極製造処理を示すフローチャートである。まず、電極の集電体として機能するシートＳを電極製造装置１Ａに搬入し（ステップＳ１）、ステージ２０の上面２１に載置する。次いで負圧供給部（図示省略）を作動させてシートＳをステージ２０の上面２１で支持しながら吸着保持する。

そして、ステージ２０を移動させてシートＳの（−Ｘ）側端部を加熱部４３の直下位置、つまり位置Ｐ１に位置させた後、光源ユニット４３２を作動させて加熱部４３によるシートＳの予備加熱を開始する（ステップＳ２）。そして、ステージ２０を（＋Ｘ）方向に移動させながら、予備加熱されたシートＳが位置Ｐ２に位置した時点より吐出ノズル４２から活物質材料を含む塗布液を吐出させる（ステップＳ３）。こうすることにより、図３に例示するように、予め加熱されたシートＳ表面に塗布液Ａ１が塗布される。このため、塗布液中の溶剤が比較的短時間で乾燥除去され、塗布後の塗布液Ａ１の広がりが抑えられる。その結果、高アスペクト比を有するストライプ状の活物質パターンＢ1がシートＳ表面に対してＸ方向に描画されてゆく。

シートＳの端部近傍まで活物質パターンＢ1が形成されステージ２０が所定の終了位置に到達するまで描画を継続した後（ステップＳ４）、塗布液の吐出およびステージ２０の移動を停止させる（ステップＳ５）。さらに、光源ユニット４３２の作動を停止させる（ステップＳ６）。なお、塗布液の塗り重ねを行う場合には、図４への図示を省略しているが、所定回数に達するまで上記したステップＳ２〜Ｓ６を繰り返す。

こうして、シートＳ表面に対して活物質パターンＢ1を形成した電極が製造されると、当該電極（＝シートＳ＋活物質パターンＢ1）を搬出し（ステップＳ７）、これにより１枚の電極製造処理が完了する。

以上のように、第１実施形態では、加熱部４３によりシートＳを予備加熱した上で塗布液Ａ１を塗布しているため、塗布直後から塗布液Ａ１中の溶剤の乾燥除去が開始される。これにより、塗布後の塗布液の広がりを抑制し、高アスペクト比を有する活物質パターンＢ1をシートＳに形成することができる。しかも、予備加熱の具体的な手法として、加熱部４３によるシートＳの直接加熱を採用しており、ステージ２０の予備加熱は不要となっている。このため、ステージ２０の予備加熱によるステージ２０の熱膨張はなく、吐出ノズル４２とシートＳとの距離が一定に保たれる。その結果、塗布液をシートＳ表面に安定して良好に塗布して高品質な電極（＝シートＳ＋活物質パターンＢ1）を製造することができる。

また、上記第１実施形態では、ステージ２０の予備加熱が不要となることから、ステージ２０を構成する材料の選択肢が広がり、設計自由度が高まっている。特に、本実施形態では、シートＳよりも低い熱膨張率を有する酸化アルミニウムでステージ２０を製作しているため、予備加熱によってシートＳの温度が上昇したとしても、その熱によるステージ２０の熱膨張量は小さい。したがって、吐出ノズル４２とシートＳとの距離変動をより効果的に抑えることができる。さらに、ステージ２０を酸化アルミニウムで製作する場合、ステージ２０の寸法精度を高めることができ、シートＳの表面全体にわたって吐出ノズル４２との距離を優れた精度で一定に保つことができる。

さらに、上記実施形態では、加熱部４３がシートＳ表面から上方に離間配置されており、当該加熱部４３から赤外線光をシートＳ表面に照射して加熱する、いわゆる非接触加熱方式を採用している。このため、加熱体をシートＳの表面に接触させて加熱する直接加熱方式では加熱体がシートＳ表面に接触することで表面汚染が発生する可能性があるが、非接触加熱方式では表面汚染を確実に防止することができる。

図５はこの発明にかかる電極製造装置の第２実施形態の概略構成を示す図である。また、図６は図５の電極製造装置に装備されるヘッド部の構成をより詳細に示す拡大図である。この電極製造装置１Ｂは、ロール状に巻き取られた金属製のシートＳを基材とし、当該シートＳの表面に活物質材料を塗布して活物質パターンを形成することで、集電体（シートＳ）と活物質パターンとが積層された電池用電極を製造する。

電極製造装置１Ｂは、シートＳを搬送方向Ｄｔに搬送するための搬送ユニット６０と、搬送されるシートＳに対して活物質および溶剤を含む塗布液を塗布する塗布ユニット４０とを備えている。搬送ユニット６０は、ロール状に巻回された活物質形成前のシートＳを保持するとともにシートＳを一定速度で送り出す供給ローラ６１と、活物質パターンが形成された後のシートＳを巻き取る巻き取りローラ６２とを備えている。供給ローラ６１から巻き取りローラ６２に至る搬送経路上には、２つのテンションローラ６３、６４とノズル対向ローラ６５とがさらに設けられている。これらのうちいくつかがローラ駆動部６９により回転駆動されてシートＳを搬送し、他はシートＳの移動に伴って回転する従動ローラとなっている。

シートＳはこれらのローラに掛け渡されており、ローラの回転に伴って矢印方向Ｄｔに一定速度で搬送される。図５の例では、供給ローラ６１および巻き取りローラ６２はそれぞれＹ軸と平行な回転軸を有しており、ローラ駆動部６９からの駆動信号に応じてローラ６１、６２が回転することで、シートＳはＸ軸に平行な方向（水平方向）およびＺ軸に平行な方向（鉛直方向）に搬送される。

ノズル対向ローラ６５は、搬送経路上で２つのテンションローラ６３、６４の間に設けられており、ノズル対向ローラ６５に巻き掛けられたシートＳに対して搬送中にかかる張力がテンションローラ６３、６４により一定に維持される。ノズル対向ローラ６５に巻き掛けられたシートＳの巻き掛け領域Ｓｒにおいて、塗布ユニット４０のヘッド部４１がシートＳ表面に近接対向配置される。このように、ノズル対向ローラ６５は、シートＳを挟んでヘッド部４１と反対側に設けられ、次に説明するヘッド部４１のノズル４２および加熱部４３とシートＳとの位置関係を一定に維持して安定した塗布を可能にするバックアップローラとして機能する。

ヘッド部４１は、第１実施形態と同様に、シートＳ上に液状の塗布液を吐出する吐出ノズル４２およびシートＳに向けて赤外線光を照射して加熱する加熱部４３を有している。吐出ノズル４２は吐出口をシートＳの巻き掛け領域Ｓｒに向けて配置されている。吐出ノズル４２には塗布液供給部４４が接続されており、制御ユニットからの動作指令に応じて塗布液を吐出ノズル４２に向けて圧送する。これにより、供給位置Ｐ２で吐出ノズル４２の吐出口４２ｂ（図６）から塗布液がシートＳの表面に連続的に供給され、搬送方向Ｄｔに沿って延びるストライプ状の活物質パターンＢ２がシートＳの表面に形成される。

また、ヘッド部４１では、吐出ノズル４２の（−Ｘ）方向側、つまり搬送方向Ｄｔにおける吐出ノズル４２の上流側に加熱部４３が配置されている。加熱部４３は第１実施形態と同様に複数の光ファイバ４３１を介して赤外線を発生する光源ユニット４３２に接続されている。このため、制御ユニットからの点灯指令に応じて光源ユニット４３２が作動すると、赤外線光が光ファイバ４３１を介して加熱部４３に導光され、位置Ｐ１で巻き掛け領域ＳｒのシートＳに照射される。これによってシートＳが塗布液供給前に非接触方式で予備加熱される。

以上のように、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、加熱部４３によりシートＳを予備加熱した上で、その加熱されたシートＳ表面に塗布液を塗布している。このため、塗布直後から塗布液中の溶剤の乾燥除去が開始され、塗布後の塗布液の広がりを抑制し、高アスペクト比を有する活物質パターンＢ２をシートＳに形成することができる。しかも、加熱部４３によるシートＳを非接触方式で直接加熱しているため、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。すなわち、巻き掛け領域ＳｒのシートＳを予備加熱するためには、例えばノズル対向ローラ６５を加熱し、ノズル対向ローラ６５からの伝熱によってシートＳを加熱することが考えられる。しかしながら、ノズル対向ローラ６５の温度上昇に伴ってローラ６５が熱膨張し、シートＳとノズル４２との距離が変動してしまう。これに対し、シートＳを直接加熱することでノズル対向ローラ６５の加熱が不要となり、吐出ノズル４２とシートＳとの距離が一定に保たれる。その結果、塗布液をシートＳ表面に安定して良好に塗布して高品質な電極（＝連続シートＳ＋活物質パターンＢ２）を製造することができる。また、非接触方式加熱を採用することで、第１実施形態と同様に、シートＳの表面汚染を確実に防止することができる。

このように、第１実施形態および第２実施形態では、シートＳが本発明の「基材」に相当し、ステージ２０およびノズル対向ローラ６５が本発明の「支持部材」に相当している。そして、塗布ユニット４０のヘッド部４１が本発明の「電極製造のための塗布装置」に相当している。また、第１実施形態ではステージ移動機構３０が本発明の「移動実行部」として機能し、第２実施形態では供給ローラ６１、巻き取りローラ６２およびローラ駆動部６９が一体として本発明の「移動実行部」として機能している。

また、第１実施形態および第２実施形態において、例えばリチウムイオン二次電池の正極電極を製造するプロセスでは、集電体となるシートＳとして例えばアルミニウム箔を用いることができる。また、この場合の活物質（正極活物質）としては例えばＬｉＣｏＯ_２（ＬＣＯ）を主体とするもの、ＬｉＮｉＯ₂またはＬｉＦｅＰＯ₄、ＬｉＭｎＰＯ₄、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、またＬｉＭｅＯ₂（Ｍｅ＝ＭxＭyＭz；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。

また例えば、リチウムイオン二次電池の負極電極を製造するプロセスでは、集電体となるシートＳとして例えば銅箔を用いることができる。また、この場合の活物質（負極活物質）としては例えばＬｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２（ＬＴＯ）を主体としたもの、またはＣ、ＳｉまたはＳｎなどを用いることができる。

活物質を含む塗布液としては、上記した活物質材料の他に、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。吐出ノズル４２からの吐出による塗布に適用する塗布液としては、粘度を１００Ｐａ・ｓないし１００００Ｐａ・ｓとしたペースト状のものが好適である。

また、上記第１実施形態および第２実施形態では赤外線光をシートＳに照射して加熱しているが、シートＳのみを効果的に加熱するために、シートＳの吸収波長を考慮するのが望ましい。例えばシートＳがアルミニウム箔である場合、シートＳの吸収波長は９００［ｎｍ］である。この場合、当該吸収波長またはそれに近い波長を含む波長帯の光を発光する光源、例えば９４０［ｎｍ］を発光する半導体レーザーや波長域１［μｍ］のハロゲンランプなどを光源ユニット４３２に設けてもよい。

また、電極の製造条件（シートＳの材質や厚み、活物質パターンＢ1、Ｂ２の形状や厚み、活物質材料や溶剤の種類など）に応じて加熱部４３から射出される光のシートＳ表面でのスポット形状やＸ方向の径などを変更するように構成してもよい。これにより、加熱部４３による予備加熱状況を広範囲にわたって制御することができ、汎用性に優れた電極製造が可能となる。また、スポット形状などの変更に伴い、速度制御部５１がステージ２０の移動速度を変更するように構成してもよく。この場合、塗布液の塗布直前におけるシートＳの温度を電極製造条件に合致した値に調整することができ、電極（＝シートＳ＋活物質パターンＢ1、Ｂ２）をより安定的に、かつ良好に製造することができる。

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、上記実施形態のノズル４２は、いずれも矩形の開口形状を有する吐出口４２ｂが一列に並べて配置されたものであるが、吐出口の数、形状や配置はこのような態様に限定されず、任意である。

また、上記実施形態では、赤外線光やハロゲン光を照射してシートＳを直接加熱しているが、直接加熱する方式についてはこれに限定されるものではない。また、上記実施形態では、シートＳの表面側から加熱用光を照射してシートＳを加熱しているが、シートＳの裏面側から直接加熱するように構成してもよい。例えば加熱用光に対して透過性を有する材料でステージ２０やノズル対向ローラ６５などの支持部材を作製し、当該支持部材を介して加熱用光をシートＳの裏面に照射してシートＳを直接加熱してもよい。

また、第１実施形態はステージ２０を移動させているが、枚葉状のシートＳを固定してヘッド部４１を相対移動させて活物質パターンを形成してもよいし、シートＳおよびヘッド部４１の両方を移動させて活物質パターンを形成してもよい。

また、上記実施形態では、完成後の電池用電極において集電体となる金属製シートＳを本発明の「基材」とするものであるが、基材としてはこれに限定されない。例えば、樹脂製シートに集電体となる金属箔を積層したものを本発明の「基材」として用いてもよく、また例えば、集電体となる金属箔の表面に活物質の薄膜を予め形成したものを「基材」として用いてもよい。さらには、一方極の電極に固体電解質層あるいはセパレータを積層したものを本発明の「基材」として用い、他方極の活物質パターンをさらに形成するために本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態で例示した集電体、活物質、溶剤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、リチウムイオン二次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二次電池用電極を製造する場合においても、本発明を好適に適用することが可能である。また、リチウムイオン二次電池に限らず、基材に活物質パターンを形成した構造を有する電極の製造技術全般に本発明を適用することが可能である。

本発明は、基材表面に活物質および溶剤を含む塗布液を塗布して電極を製造する技術および電極製造のための塗布装置全般に適用することができる。

１Ａ、１Ｂ…電極製造装置
２０…ステージ（支持部材）
３０…ステージ移動機構（移動実行部）
４０…塗布ユニット（塗布装置）
４２…吐出ノズル
４３…加熱部
６０…搬送ユニット（移動実行部）
６５…ノズル対向ローラ（支持部材）
６９…ローラ駆動部（移動実行部）
Ａ１…塗布液
Ｂ1、Ｂ２…活物質パターン
Ｓ…シート（基材）

Claims (9)

1. 支持部材に支持された基材の表面に対して活物質材料および溶剤を含む塗布液を塗布する電極製造のための塗布装置であって、
   前記基材に対して相対移動しながら前記基材を直接加熱する加熱部と、
   前記加熱部により加熱された前記基材に対して相対移動しながら前記塗布液を前記基材の表面に吐出するノズルと
   を備える電極製造のための塗布装置。
2. 請求項１に記載の電極製造のための塗布装置であって、
   前記加熱部は非接触で前記基材を加熱する電極製造のための塗布装置。
3. 請求項１または２に記載の電極製造のための塗布装置であって、
   前記加熱部は前記基材を選択的に加熱する電極製造のための塗布装置。
4. 請求項３に記載の電極製造のための塗布装置であって、
   前記加熱部は、前記基材の吸収波長または前記吸収波長に近い波長を含む波長帯の光を照射する電極製造のための塗布装置。
5. 基材を支持する支持部材と、
   前記支持部材に支持された前記基材を加熱する加熱部と、
   前記支持部材に支持された前記基材の表面に活物質材料および溶剤を含む塗布液を吐出するノズルと、
   前記支持部材に支持された前記基材に対して前記加熱部および前記ノズルを相対移動させる移動実行部とを備え、
   前記加熱部が前記基材に対して相対移動しながら前記基材を直接加熱し、
   前記ノズルが前記加熱部により加熱された前記基材に対して相対移動しながら前記塗布液を前記基材の表面に吐出して塗布する電極製造装置。
6. 請求項５に記載の電極製造装置であって、
   前記支持部材は前記基材の裏面全体を支持する水平面を有するステージであり、
   前記加熱部および前記ノズルは前記ステージの上方に配置され、
   前記移動実行部は、前記基材を支持する前記ステージに対して前記加熱部および前記ノズルを相対的に水平移動させる電極製造装置。
7. 請求項５に記載の電極製造装置であって、
   前記支持部材はローラであり、
   前記基材は前記ローラを含む複数のローラに掛け渡され、
   前記加熱部および前記ノズルは前記支持部材に巻き掛けられた前記基材の巻き掛け領域に対向配置され、
   前記移動実行部は前記複数のローラの少なくとも１つを回転駆動して前記基材を移動させる電極製造装置。
8. 請求項５ないし７のいずれか一項に記載の電極製造装置であって、
   前記支持部材は前記基材の熱膨張率よりも低い熱膨張率の材料で形成される電極製造装置。
9. （ａ）支持部材に支持された基材に対して活物質材料および溶剤を含む塗布液を塗布する工程と、
   （ｂ）前記基材に塗布された塗布液を乾燥させて電極を形成する工程とを備え、
   前記工程（ａ）は、
   （ａ−１）前記基材に対して加熱部を相対移動させながら前記加熱部により前記基材を直接加熱する予熱工程と、
   （ａ−２）前記加熱部により加熱された前記基材に対してノズルを相対移動させながら前記ノズルから前記塗布液を吐出する工程と
   を有する電極製造方法。

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