JP2021012829A - 電極製造装置及び電極製造方法 - Google Patents

電極製造装置及び電極製造方法 Download PDF

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克治 門沢
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直樹 吉井
Naoki Yoshii
直樹 吉井
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公智 梶
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Abstract

【課題】電極シートに粉体を供給する処理を速やかに行うと共に、当該処理後の電極製造プロセスを簡素にすること【解決手段】本開示の電極製造装置は、長尺な電極シートがロールツーロールによって長さ方向に搬送される処理室と、軸方向が前記電極シートの搬送方向と交差する回転軸を備え、前記電極シートの搬送中に回転するように前記処理室に設けられた回転体と、前記処理室を搬送中の前記電極シートに向けて粉体を供給して処理する処理部と、前記電極シートとの干渉を防ぐために前記搬送方向に対して直交する方向において異なる第１の位置と第２の位置との間で移動し、前記第１の位置において前記電極シートを覆って当該電極シートへの前記粉体の供給を局所的に防ぐように前記回転体に設けられたマスクと、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、電極製造装置及び電極製造方法に関する。
リチウムイオン二次電池などを構成する負電極の製造工程には、例えば電極シートを構成する電極材料に、リチウムイオンをドーピングさせる工程が含まれる。この工程に用いられる装置として、例えば特許文献１には、ロールツーロール（roll to roll）により電極シートが搬送される電極製造装置が示されている。この電極製造装置は、電極シートの搬送中に、連続してリチウム含有粉末を溶融させながら吹き付けることで上記のドーピングを行う処理室を備えている。
また、特許文献２にはロールツーロールにより搬送されるシート状の基板を停止させた状態で、蒸着により金属箔を成膜する蒸着装置が示されている。この蒸着装置には、蒸発源と基板との間が遮蔽された状態と、遮蔽されていない状態とで切り替えるために移動可能なシャッターが設けられる。また、蒸発源と基板との間には、上記の遮蔽されていない状態のときに基板の法線方向から蒸着材料が当該基板に入射することを防止して、蒸着膜未形成領域を形成するための遮蔽部材が配置されている。
特開２０１４−１２３６６３号公報 ＷＯ２００９／０９８８９３号公報
本開示は、電極シートに粉体を供給する処理を速やかに行うと共に、当該処理後の電極製造プロセスを簡素にすることができる技術を提供する。
本開示の電極製造装置は、長尺な電極シートがロールツーロールによって長さ方向に搬送される処理室と、
軸方向が前記電極シートの搬送方向と交差する回転軸を備え、前記電極シートの搬送中に回転するように前記処理室に設けられた回転体と、
前記処理室を搬送中の前記電極シートに向けて粉体を供給して処理する処理部と、
前記電極シートとの干渉を防ぐために前記搬送方向に対して直交する方向において異なる第１の位置と第２の位置との間で移動し、前記第１の位置において前記電極シートを覆って当該電極シートへの前記粉体の供給を局所的に防ぐように前記回転体に設けられたマスクと、
を備える。
本開示によれば、電極シートに粉体を供給する処理を速やかに行うと共に、当該処理後の電極製造プロセスを簡素にすることができる。
本開示の一実施形態である電極製造装置を示す縦断側面図である。 前記電極製造装置を構成する搬出用収容室の構成を示す側面図である。 前記電極製造装置を構成する処理室を示す概略横断平面図である。 前記処理室内に設けられる載置台ローラー及びマスクパターン形成機構の鳥瞰図である。 マスクパターン形成機構を構成する線状部材駆動機構の内部を示す鳥瞰図である。 前記処理室における動作を示す説明図である。 前記処理室における動作を示す説明図である。 前記処理室における動作を示す説明図である。である。 前記処理室における動作を示す説明図である。 前記処理室にてドーピング処理された電極シートの側面図である。 前記載置台ローラーの鳥瞰図である。 前記載置台ローラーの表面の展開図である。 前記載置台ローラーの側面図である。 前記載置台ローラーの展開図である。 前記載置台ローラーの展開図である。 前記載置台ローラーの展開図である。 前記載置台ローラーの縦断側面図である。 前記載置台ローラーの縦断側面図である。 前記載置台ローラーの縦断側面図である。 前記載置台ローラーの縦断側面図である。 本開示の他の実施形態である電極製造装置を示す縦断側面図である。 本開示のさらに他の実施形態である電極製造装置を示す縦断側面図である。 前記処理室の変形例を示す上面図である。 前記マスクパターン形成機構の変形例を示す側面図である。 前記処理室に設けられるリチウム溶射部の他の構成例を示す縦断側面図である。
（第１の実施形態）
本開示の第１の実施形態である電極製造装置１についての概略構成を説明する。電極製造装置１は、リチウムイオン二次電池を構成する負電極を製造するために、電極シートＷに設けられた電極材料Ｗ１に、リチウムイオンのドーピングを行う。そのドーピングを行うために、この電極製造装置１としては、ロール状とされた長尺な電極シートＷについて、送り出しローラーからの送り出しと、巻き取りローラーによる巻き取りと、を共に行う搬送、いわゆるロールツーロールによる搬送を行うように構成されている。つまり、ロールを各々保持するローラー間で、各ローラーの回転により電極シートＷの搬送を行う。
後述するように、送り出しローラーと巻き取りローラーとの間の電極シートＷの搬送経路には、送り出しローラー及び巻き取りローラーの各回転軸と並行な回転軸を備える複数のローラーが設けられ、当該複数のローラーに電極シートＷが架け渡されて搬送が行われる。その搬送中、真空排気しながら希ガス雰囲気にした処理室５内にて、電極シートＷに設けられた電極材料Ｗ１に、リチウムを含む粉体であるリチウム含有粉末を溶射し、リチウムイオンをドーピングする。
上記の電極シートＷは、例えば銅である金属箔により構成されるベース材と、このベース材の幅中央部上にて当該ベース材の長さ方向に沿って形成された薄膜状の電極材料Ｗ１と、により構成されている。電極材料Ｗ１は電極を構成する活物質を含み、当該活物質としては、例えば活性炭などの炭素材料またはシリコンが用いられる。このような電極シートＷの搬送中に、上記の溶射が連続して行われる。電極製造装置１は、電極シートＷから製造されるリチウムイオン二次電池のセルの大きさに対応するように、溶射される領域を区切るためのマスクを備え、電極シートＷにマスクパターンを形成することができる。
以下、電極製造装置１について、図１を参照しながら具体的に説明する。電極製造装置１は、搬入用収容室２と、処理室５と、搬出用収容室３との３室から構成され、この順で横並びに配置されている。以下の説明においては、搬入用収容室２側を後方側、搬出用収容室３側を前方側として説明する。これら搬入用収容室２、搬出用収容室３、処理室５は各々筐体を備え、筐体によって各室内は互いに区画されている。そして、処理室５と搬入用収容室２との間、処理室５と搬出用収容室３との間は、電極シートＷの搬送用の連通口２１、３１により、夫々連通している。
第２の収容室である搬入用収容室２には、その内部を真空排気する排気口２３が開口する。排気口２３は、バルブＶ１が介設された排気管２４を介して、排気装置２５に接続されている。また、搬入用収容室２には希ガスを供給するガス導入口２６が開口する。ガス導入口２６は、バルブＶ２及びＭＦＣ（マスフローコントローラ）２７が介設された配管２８を介して、希ガス供給源２９に接続されている。また搬入用収容室２には、既述した送り出しローラー２０が設けられ、第２のローラーである当該送り出しローラー２０に、電極シートＷのロールが保持される。図中２２は、電極シートＷが架け渡されるガイドローラーである。送り出しローラー２０及びガイドローラー２２は、モータなどの回転機構には接続されていない。なお、本実施形態では、既述及び後述の希ガスは、例えばＡｒ（アルゴン）ガスであり、排気装置２５及び後述の各排気装置は真空ポンプなどにより構成される。
第１の収容室である搬出用収容室３には、その内部を真空排気する排気口３３が開口する。排気口３３は、バルブＶ３が介設された排気管３４を介して、真空ポンプなどにより構成される排気装置３５に接続されている。また、希ガスを供給するガス導入口３６が開口する。ガス導入口３６は、バルブＶ４及びＭＦＣ３７が介設された配管３８を介して、希ガス供給源３９に接続されている。さらに、搬出用収容室３には既述の巻き取りローラー４１と、電極シートＷをガイドして巻き取りローラー４１へフィードするためのフィードガイドローラー４２と、が設けられている。
第１のローラーである巻き取りローラー４１は、銀塩フィルムの現像容器内に入るフィルム巻き取りリールと同様の構造（即ちフィルムが接触すること無しに巻き取れるように渦巻状にガイドが設けられた構造）のリールローラーである。図２に巻き取りローラー４１の具体的な構成の一例を示している。巻き取りローラー４１は、２枚の互いに対向する円板４３と、円板４３の中心部同士を接続する回転軸４４とを備え、各円板４３には渦巻状のガイドとして溝４５が設けられている。なお、円板４３は図では１枚のみ表示し、溝４５にはドットを付して表示している。円板４３同士の間隔は電極シートＷの幅よりも僅かに広い。回転軸４４に先端部が固定された電極シートＷは、巻き取りローラー４１の回転により、円板４３の溝４５に嵌まって巻き取られていく。
電極シートＷが強く引っ張られると巻き取りローラー４１の溝４５から電極シートＷが外れて、電極シートＷの溶射面（表面）と裏面が接触してしまう。これを防止するために適切な巻き取り力で巻き取られるように、回転軸４４に接続される回転機構４６により、巻き取りローラー４１の回転速度を制御して電極シートＷを巻き取っていく。なお、この回転機構４６及び後述の各回転機構は、モータなどにより構成される。
そのように電極シートＷを巻き取っていくと、巻き取り半径が次第に大きくなり、電極シートＷがフィードガイドローラー４２のところで曲がってしまう。それにより電極シートＷがダメージを受けることを避けるため、フィードガイドローラー４２のところで電極シートＷが曲がらず常に直進して巻き取られるように、徐々に巻き取りローラー４１が上昇する。即ち、このような動作が行えるように、巻き取りローラー４１が接続される上記の回転機構４６は、例えば搬出用収容室３内に設けられた昇降機構４７に接続されている。図１では一例として、実線で処理開始時の巻き取りローラー４１の位置を、鎖線で処理終了時の巻き取りローラー４１の位置を、夫々示している。
上記のフィードガイドローラー４２は上下に２連であり、この上下のフィードガイドローラー４２間を電極シートＷが通過する。また、この上下２連のフィードガイドローラー４２は、前後方向（電極シートＷの送り方向）に２つ設けられている。つまり、フィードガイドローラー４２は計４つ設けられている。このフィードガイドローラー４２は、モータなどの回転機構には接続されていないため自転しない。
ところで、搬入用収容室２にセットされる電極シートＷは表面と裏面とが接触して巻かれている。これに対して搬出用収容室３では上記のように電極シートＷについて、表面と裏面とを非接触で巻き取る。従って、搬入用収容室２と搬出用収容室３とで、電極シートＷのロールの収容に必要な容積に差が出来ることになるため、搬出用収容室３は搬入用収容室２に比べ大きくしてある。これにより、搬入用収容室２にセットした電極シートＷを送る途中で搬出用収容室３の大きさの制限から処理を停止し、搬出用収容室３を途中で大気開放して処理済電極シートＷを取り出すようなことを行うことなく、作業を続けることが出来る。従って、処理済の電極シートＷはその処理面が物理的なダメージを受けることなく、低真空環境下で一連の作業が終了するまで巻き取りローラー４１に保持されることになる。
続いて処理室５について、図３の概略横断平面図も参照しながら説明する。処理室５の天井には開口部５１が形成されており、この開口部５１を上から塞ぐように、電極シートＷにリチウムイオンをドーピングする処理部を構成するリチウム溶射部５２が設けられている。リチウム溶射部５２については、少なくとも３つの移動機構（駆動モーターとねじとから構成される）５３により上記の開口部５１の外側にて支持され、その高さと傾きが調整可能となっている。ただし、この移動機構５３については、図１において２つのみ表示している。処理室５内の気密性を保つように、開口部５１の縁部とリチウム溶射部５２とがベローズ５４を介して接続されている。
リチウム溶射部５２は、粉末供給部５５と、加熱ガス供給部５６とを含む。粉末供給部５５は、希ガスと混合された状態で、垂直下方へ溶射材であるリチウム含有粉末を供給する噴出口５７を備える。そのようなリチウム含有粉末の供給が行えるように、粉末供給部５５は、粉末供給源５０に接続されると共に、バルブＶ５、ＭＦＣ５８を介して希ガス供給源５９に夫々接続されている。
また加熱ガス供給部５６は、各粉末供給部５５の前方、後方に各々設けられており、バルブＶ６、ＭＦＣ６１を介して希ガス供給源５９に接続されている。そして、粉末供給部５５から電極シートＷへ向けてリチウム含有粉末を供給する際に、加熱ガス供給部５６は、斜め下方の当該粉末の供給位置へ向けて加熱された希ガスを供給し、リチウム含有粉末を溶融する。
さらに詳しく加熱ガス供給部５６の構成を述べると、加熱ガス供給部５６の先端部には溶射ガンが設けられている。溶射ガンは陽極と陰極から構成され、これらの両極に電圧を印加することで、加熱ガス供給部５６から吐出される希ガスによるアーク放電を起こす。その放電により、粉末供給部５５から希ガスと共に供給されるリチウム含有粉末は溶融し、リチウムイオンを含むプラズマ流となって電極シートＷに吹き付けられ、溶射が行われる。電極シートＷの電極材料Ｗ１の幅全体に溶射が行われるように、以上に述べた粉末供給部５５及び加熱ガス供給部５６は、例えば左右方向に複数設けられている。
また、リチウム溶射部５２は、処理室５内に希ガスを導入するガス導入口１１を備える。ガス導入口１１は、バルブＶ７及びＭＦＣ１２が介設された配管１３を介して、希ガス供給源５９に接続されている。ところで上記のように、リチウム溶射部５２には移動機構５３が設けられるため、粉末供給部５５の噴出口５７と、後述する電極シートＷが載置される載置台ローラー６１の表面との間隔が調整可能である。この間隔は、処理室５に取り付けられた、当該噴出口５７近傍の温度を測定する測温計１４で計測した温度を基に調整することができる。電極シートＷの種類や溶射材の種類により溶射時の許容温度が異なるため、上記の噴出口５７の近傍温度を測り、上記の噴出口５７と電極シートＷとの間隔を調整することが好ましい。それによって、電極シートＷの処理温度をより適切なものとすることが可能である。
処理室５の前後の中央領域には、電極シートＷを載置して支持する載置台ローラー６１と、テンショナー（テンションローラー）６２と、フィードローラー６３と、が設置されている。これらのローラー群の鳥瞰図である図４も参照して説明を続ける。前後方向にフィードローラー６３、テンショナー６２、載置台ローラー６１、テンショナー６２、フィードローラー６３が、この順で設けられている。載置台ローラー６１は水平な回転軸６４を備えている。回転軸６４は前後方向（電極シートＷの搬送方向）に直交しており、従って、当該回転軸６４の軸方向は当該電極シートＷの搬送方向に交差する。この回転軸６４は、例えば処理室５の外側で回転機構６５に接続される。図３中６６は、回転機構６５の動作を制御するための駆動回路であり、後述の制御部１０から出力される制御信号に基づいて、回転機構６５の動作を制御すると共に、制御部１０に載置台ローラー６１の回転位置の情報を送信する。駆動回路６６は、例えばフィードローラー６３、巻き取りローラー４１の各々を回転させる回転機構に対しても同様に動作し、これらの回転機構が互いに関連して動作する。つまり、載置台ローラー６１、フィードローラー６３、巻き取りローラー４１が互いに関連して回転する。
第３のローラーである載置台ローラー６１の内部には冷媒として、例えば定温水が流通する第１の内部流路である流路６７が形成される。例えば上記の回転軸６４にはこの流路６７に夫々接続された、定温水を供給するための供給路６８、定温水を排出するための排出路６９が設けられる。処理室５の外に設けられた、例えばポンプと水の温度調整機構とを備えた流体供給部をなす定温水流通機構７１により、供給路６８への定温水の供給と、排出路６９からの定温水の排出とが行われる。より具体的な構成例を述べると、回転軸６４を囲むスリーブが設けられ、このスリーブと回転軸６４との間の隙間がなす流路を介して、定温水流通機構７１と、供給路６８、排出路６９との間における定温水の流通が行われるように構成される。
上記の流路６７における定温水の流通により、載置台６１の表面が温度調整される。後述するようにテンショナー６２によって電極シートＷは載置台ローラー６１に密着した状態で溶射が行われるので、載置台ローラー６１上の溶射が行われる溶射領域で、電極シートＷの各部は均一性高い温度になるように保持される。このため電極シートＷに局所的な温度変動がなく、溶射された部位の各々の特性がばらつくことを避けることができる。また、電極シートＷの温度が大きく上昇することが抑制され、当該電極シートＷが受けるダメージが抑制される。なお、流路６７に供給するのは、処理時の電極シートＷよりも温度が低い流体であればよく、水であることには限られない。
載置台ローラー６１の回転中心は、既述した粉末供給部５５の噴出口５７の下方に位置しており、電極シートＷのうち、この載置台ローラー６１に載置されている部位に上記の溶射を行うことができる。また、載置台ローラー６１は電極シートＷの銅箔の端にいくほどローラー径がわずかに増大する鼓形状の円筒として構成されている。この形状により中央と端とで速度差が生じ、電極シートＷに外側への引張力が働き、電極シートＷにしわが発生することを防止する。この載置台ローラー６１については、後にさらに詳しく説明する。
続いて、載置台ローラー６１の搬入側（前方側）に取り付けられたフィードローラー６３、テンショナー６２について説明すると、当該フィードローラー６３は、載置台ローラー６１と同様に回転機構（不図示）に接続され、当該載置台ローラー６１と連動して等速で回転するように構成されている。そのようなフィードローラー６３と載置台ローラー６１との回転により、電極シートＷは一定速で粉末供給部５５の噴出口５７の下を通過することが出来る。
フィードローラー６３は上下に２連であり、従って処理室５に計４つ設けられている。上下２連のフィードローラー６３間を電極シートＷが通過する。フィードローラー６３を単純な円筒形状とすると、電極材料Ｗ１が当該フィードローラー６３と接触することで汚れるおそれがあるので、それを防ぐためにフィードローラー６３は、図３、図４に示すような段付ローラーとなっている。つまりフィードローラー６３については、中央部の径よりも両端部の径が大きく、電極シートＷのベース材である銅箔領域を上下から挟み、電極シートＷをフィードする。そして、電極材料Ｗ１にはフィードローラー６３の表面が接触しないようになっている。なお、電極シートＷの裏面に当たるフィードローラー６３は、段付無のローラーでもかまわない。また、例えば上下２連のフィードローラー６３のどちらか一方、この例では上方側のローラーは、電極シートＷの幅の中央から端に向かうほど、ローラー径がわずかに減少する太鼓形状の円形とされている。この形状により、電極シートＷが片ずれする（左右方向のうちの一方へずれる）ことを防止しつつ、電極シートＷを前後方向に引っ張りながら送るようにしている。
続いて搬入側に設けられたテンショナー６２について説明する。この搬入側に設けられたテンショナー６２は第２のテンションローラーであり、搬出側に設けられた第１のテンションローラーであるテンショナー６２と共に第１のテンション付与部をなす。テンショナー６２は、電極シートＷを下方へ付勢することにより、電極シートＷのうち載置台ローラー６１に載置される部位に引張力を付加して、当該部位を載置台ローラー６１に密着させる。テンショナー６２の軸受に連接された圧縮バネにより、テンショナー６２に力が付加されるが、当該圧縮バネの図示は省略している。テンショナー６２もフィードローラー６３と同様の段付きローラーであり、電極材Ｗ１に接触すること無しに電極シートＷに力を加えることが出来る。テンショナー６２の形状は、載置台ローラー６１と同様に電極シートＷの端にいくほどローラー径がわずかに増大する鼓形状の円筒になっている。その形状により、載置台ローラー６１に対して電極シートＷが横にずれることを防止すると共に、載置台ローラー６１へ送り込まれる電極シートＷにしわが発生することを防止する。
以上、載置台ローラー６１の搬入側（前方側）に取り付けられたテンショナー６２、フィードローラー６３について説明してきたが、搬出側（後方側）に取り付けられたテンショナー６２とフィードローラー６３も、搬入側に取り付けられたものと同様の構成である。ところで、上記のように載置台ローラー６１、フィードローラー６３、巻き取りローラー４１は、互いに関連して回転する。具体的に述べると、巻き取りローラー４１は、搬出側のフィードローラー６３の回転と連動し、電極シートＷにテンションをかけながら巻き取る。この搬出側のフィードローラー６３としては、巻き取られる電極シートＷに過度の引張力が加わらずに保持と送りとが行われるように、その回転速度が制御される。また、フィードローラー６３及び載置台ローラー６１は、テンショナー６２の作用が担保されるように、載置台ローラー６１に電極シートＷが押し付けられるように、互いに連動して回転する。
図１に示すように処理室５の底面には排気口７２が開口し、当該排気口７２はバルブＶ８が介設された排気管７３を介して排気装置７４に接続されている。また、処理室５の底部、即ち既述のローラー群の下には、粉末供給部５５の噴出口５７から放出されて、溶射プロセスに寄与しなかった未反応のリチウム含有粉末を回収するための粉体回収部７５が設けられている。粉体回収部７５は、例えば上側が開放されたトレイとして構成され、このトレイ内の空間は、処理室５内に設けられた粉体排出部７６の排出路に接続されている。図中７７は、上流側が粉体排出部７６の排出路に接続される排気管であり、排気管７７には下流側に向かって回収箱７８、粉体の下流側への通過を防ぐためのフィルタ７９が順に介設されている。そして、排気管７７の下流端は上記のバルブＶ８に接続されている。
処理室５内の排気を行うときには、粉体排出部７６に設けられる流路を介して粉体回収部７５から排気が行われ、回収箱７８に粉体が回収される。また、このように粉体を回収すると共に、排気口７２からの排気が行われ、処理室５内の圧力が制御される。
ところで、上記のように希ガスはＭＦＣ２７、３７を介して夫々搬入用収容室２、搬出用収容室３に供給されるが、両室に設けた圧力計（不図示）により、処理中は常時計測が行われる。この計測結果に基づいて、処理中に搬入用収容室２の圧力及び搬出用収容室３の圧力を処理室５の圧力Ｐに対して常にΔＰだけ高くなるように、圧力調整部を構成するＭＦＣ２７、３７の動作が制御される。それにより、搬入用収容室２、搬出用収容室３に供給された希ガスは、連通口２１、３１を経て処理室５に入り、当該処理室５から排気される。従って、処理室５の未反応リチウム含有粉末を含む希ガスが、搬入用収容室２、搬出用収容室３に流入することが抑制され、上記の粉体回収部７５に流入する。
また、処理室５に開口する連通口２１、３１については、搬入用収容室２と処理室５との圧力差、搬出用収容室３と処理室５との圧力差を各々保つために、低コンダクタンスを実現する寸法で作られている。具体的には、これらの連通口２１、３１については、開口高さｈ(１００μｍ〜２００μｍ)に対して開口距離Ｄをｈの二桁倍（即ち１００より低い値の倍率）以上にしている。これにより搬入用収容室２及び搬出用収容室３から処理室５に各々流入する希ガスの量を少なくすることが出来、希ガス循環システムに過大な処理能力を要求することが無くなる。この希ガス循環システムとは、排気装置７４、２５、３５で排気されて回収された希ガスを希ガス供給源５９、２９、３９に送り、再利用するためのシステムであり、図示は省略している。
続いて載置台ローラー６１について、さらに詳しく説明する。上記のように電極シートＷ１に接して載置する載置台ローラー６１には、マスクパターン形成機構８が設けられている。マスクパターン形成機構８は、円板基台８１と、各々マスクをなす複数の線状部材８２と、線状部材８２毎に設けられる線状部材駆動機構８３と、により構成されている。従って、載置台ローラー６１にマスクが設けられている。マスクにより、リチウム溶射部５２から電極シートＷへ噴出する溶融粉体が遮られ、電極シートＷにマスクパターンが形成される。
円板基台８１は、載置台ローラー６１よりも大径の円板として構成されており、載置台ローラー６１と同心になるように、ねじ８４により当該載置台ローラー６１の一面側に固定されている。そして円板基台８１の一面側の周縁部において、当該円板基台８１の中心から等距離に線状部材駆動機構８３が設けられており、線状部材駆動機構８３は、円板基台８１の周方向に等間隔に設けられている。
以下、線状部材駆動機構８３の内部構造を示した図５も参照しながら説明する。線状部材駆動機構８３は、その軸方向が載置台ローラー６１の回転軸６４に並行する円筒８５を備える。上記の線状部材８２は直棒状に形成され、その長さ方向が円筒８５の軸方向に揃うと共に当該長さ方向における一部が円筒８５に囲まれて設けられている。そして線状部材８２は、当該円筒８５の軸方向に移動可能であるように当該円筒８５によって保持、案内されるように構成されている。
円筒８５は、基台８５Ａと基台カバー８５Ｂとにより構成されており、これら基台８５Ａ、基台カバー８５Ｂは、円筒８５が上下に２分割されてなる構成要素である。基台８５Ａには、ガイドローラー８６と、駆動ローラー８７と、が組み込まれている。より詳しく述べると、ガイドローラー８６及び駆動ローラー８７は、当該基台８５Ａと基台カバー８５Ｂとに挟まれて設けられ、円筒８５の軸に対する直交軸まわりに回転可能に設けられている。図示した例では、円筒８５の軸方向に見て、左右の一方に２つのガイドローラー８６が当該軸方向に沿って設けられると共に、左右の他方に１つのガイドローラー８６、駆動ローラー８７が当該軸方向に沿って設けられている。駆動ローラー８７の軸は、基台８５Ａに設けられるモータ８８の軸と連結されている。
上記の線状部材８２は、例えばその長さ方向に直交する断面の形状が星形であり、それ故に線状部材８２の側部は、多数の溝を備える。その多数のうちの２つの溝がガイドローラー８６及び駆動ローラー８７の案内溝として使われ、上記のガイドローラー８６及び駆動ローラー８７は、当該案内溝内に進入している。ガイドローラー８６及び駆動ローラー８７は、案内溝にガタツキがないように与圧機構(図示せず)で、線状部材８２をローラーから見て線状部材８２が位置する方向へ押し付けている。そして、駆動ローラー８７からの駆動力は摩擦力を使って与えられる、いわゆるフリクションドライブ機構が採用され、モータ８８によって駆動ローラー８７が回転することにより、円筒８５の軸方向に沿って線状部材８２が移動する。つまり、線状部材８２は、載置台ローラー６１の回転軸６４の軸方向に沿って移動する。なお、本実施例では線状部材８２の断面形状を星形としたが、形状に囚われることなく、実施の際の設計仕様に応じて自由に変形して構わない。
ところで図４は、電極シートＷの処理時における各線状部材８２の位置を示している。詳しく述べると、電極シートＷよりも上方に移動した線状部材８２については、載置台ローラー６１の周面に近接すると共に対向し、当該載置台ローラー６１に載置される電極シートＷを覆って、上方から供給される溶融したリチウムを遮る遮蔽位置（マスクｏｎの位置）に位置する。そして、電極シートＷの下方に移動した線状部材８２については、載置台ローラー６１の周面とは対向しない非遮蔽位置（マスクｏｆｆの位置）に位置する。既述のように線状部材８２が移動するため、遮蔽位置と非遮蔽位置は、電極シートＷの搬送方向に直交する左右方向において、互い異なる位置である。
例えば、既述した駆動回路６６は、載置台ローラー６１の回転位置に対応する信号（回転位置情報）を、制御部１０に出力する。制御部１０は、その信号に基づいて各線状部材駆動機構８３のモータ８８に制御信号を出力し、上記の遮蔽位置（第１の位置）と非遮蔽位置（第２の位置）との間で線状部材８２を移動させる。つまり、線状部材８２の直線移動と、載置台ローラー６１の回転とが連動して行われ、線状部材８２は電極シートＷに干渉しないように移動して、電極シートＷの長さ方向において局所的に溶射が行われないマスク領域を形成する。各線状部材８２は互いに同様に動作し、載置台ローラー６１の周方向に等間隔に設けられることで、上記の非溶射領域が電極シートＷの長さ方向に等間隔に形成される。なお、円板基台８１に設ける線状部材８２及び線状部材駆動機構８３の組の数としては、電極シートＷから形成するセルの大きさによって決定され、このように４つに限られるものではない。
また、電極製造装置１には、コンピュータによって構成される制御部１０が設けられており（図１参照）、制御部１０にはプログラムが格納されている。このプログラムについては、電極製造装置１の各部に制御信号を送信して各部の動作を制御し、後述のように電極シートＷへのドーピング処理が実行されるようにステップ群が組まれている。具体的には、各回転機構によるローラーの回転、マスクパターン形成機構８による線状部材８２の移動、各バルブＶの開閉による各部屋における排気及び希ガスの供給、各ＭＦＣによる希ガスの流量調整の各動作がプログラムによって制御される。また、加熱ガス供給部５６による希ガスの供給及び放電の発生、粉末供給源５０から粉末供給部５５へのリチウム含有粉末及び希ガスの供給、昇降機構４７による巻き取りローラー４１の上昇、定温水流通機構７１による定温水の供給などの各動作についても、プログラムによって制御される。このプログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、ＤＶＤ、メモリーカードなどの記憶媒体に格納され、制御部１０にインストールされる。
続いて、上記の電極製造装置１の運用例について説明する。先ず装置のユーザーは、電極シートＷのロールを搬入用収容室２の送り出しローラー２０にセットする。そして、電極シートＷの先頭部を、連通口２１、上下に配置されたフィードローラー６３間、連通口３１を各々通して、搬出用収容室３へ引き出し、当該電極シートＷを、処理室５のローラー群に架け渡す。さらに、電極シートＷの先頭部を搬出用収容室３の巻き取りローラー４１の中央に取り付け、当該巻き取りローラー４１に巻き取られるようにする。
そのように電極シートＷを電極製造装置１にセットした後、図示しない各部屋の扉を閉め、各排気装置７４、２５、３５で排気して、搬入用収容室２内、搬出用収容室３内、処理室５内を各々例えば１００ｔｏｒｒ（１．３３×１０４Ｐａ）以下の圧力にする。続いて希ガス供給源２９、３９、５７に接続される各配管に介設されたバルブＶ２、Ｖ４、Ｖ７を開放し、各部屋に希ガスを充填する。この状態で、各部屋の排気を続け、１００ｔｏｒｒ以下の圧力にする。この作業を何度か繰り返し、各部屋の残留酸素濃度が許容値以下に低減したことを確認する。残留酸素濃度の確認は、各室に取り付けた計測器（不図示）で行う。
その後、粉末供給部５５でリチウム含有粉末を処理室５内に導入して溶射炎を噴出させ、測温計１４にて計測される溶射領域近傍の温度が予め設定された温度になっているかを確認する。計測された温度が設定温度からずれている場合は、粉末供給部５５の高さの調整が行われる。さらには溶射炎の噴出条件の調整が行われる。
そのように溶射条件が整ったところで、溶射によるドーピング処理が開始される。先ず、各回転機構に接続される巻き取りローラー６１、フィードローラー６３、載置台ローラー６１が回転し、電極シートＷの搬送が開始され、その電極シートＷの搬送に応じて電極シートＷに接する他のローラーも回転する。テンショナー６２の作用により、電極シートＷのうち、載置台ローラー６１上に位置する部位は、当該載置台ローラー６１に密着する。なお、この搬送中、既述したように処理室５内の圧力は、搬入用収容室２内及び搬出用収容室３内の圧力よりも高く保たれており、載置台ローラー６１に対しては定温水の供給が行われている。そして、搬送が進行して巻き取りローラー４１による電極シートＷの巻き取り量が多くなるにつれて、搬出用収容室３内における当該巻き取りローラー４１の高さが上昇する。
上記のように電極シートＷの搬送が行われる一方で、粉末供給部５５からのリチウム含有粉末の供給と、加熱ガス供給部５６によるアーク放電とが行われ、リチウム含有粉末は溶融し、リチウムイオンを含むプラズマ流となる。このプラズマ流が、載置台ローラー６１の中心軸上における溶射領域に供給され、搬送される電極シートＷの表面の電極材料Ｗ１に、当該電極シートＷの長さ方向に沿ってリチウムイオンのドーピングが連続して行われる。
このように電極シートＷが搬送され、載置台ローラー６１が回転する間、載置台ローラー６１の回転に連動して、マスクパターン形成機構８の線状部材８２が動作する。図６〜図９は、既述した４つの線状部材８２のうちの１つを代表して、その動作を示したものである。鎖線で表示した線状部材８２は非遮蔽位置に位置する状態（マスクｏｆｆの状態）、実線で表示した線状部材８２は遮蔽位置に位置する状態（マスクｏｎの状態）を夫々示している。図中の１７はリチウム含有粉末である。このリチウム含有粉末１７としては、溶融しているもの、溶融していないものを区別せずに示している。
電極シートＷの下方において線状部材８２は非遮蔽位置に位置し、マスクｏｆｆの状態となっている（図６）。その状態から、載置台ローラー６１の回転により、線状部材８２が例えば電極シートＷの上方且つ前方側（搬入用収容室２側）のテンショナー６２よりも後方の設定位置に移動すると、マスクパターン形成機構８の駆動ローラー８７が回転する。それにより、線状部材８２が遮蔽位置に前進し、マスクｏｎの状態とされる（図７）。
そして線状部材８２は載置台ローラー６１の溶射領域上に移動し、溶融されたリチウム含有粉末８０について、電極シートＷにおける線状部材８２の下方位置への供給が遮られる。その結果、電極シートＷ上には、ドーピングが行われる領域を当該電極シートＷの長さ方向に隔てるように、当該ドーピングが行われない局所的なマスク領域１８が形成される（図８）。
そして載置台ローラー６１の回転が続けられ、線状部材８２が例えば電極シートＷよりも上方且つ後方側（搬出用収容室３側）のテンショナー６２よりも手前の設定位置に移動すると、マスクパターン形成機構８の駆動ローラー８７が回転する。そして、線状部材８２を非遮蔽位置に後退させ、マスクｏｆｆの状態に戻る（図９）。
載置台ローラー６１の回転中、このような線状部材８２の移動動作が繰り返し行われ、上記のマスク領域１８の形成が繰り返し行われる。代表して、１つの線状部材８２の動作のみ図示して説明したが、他の３本の線状部材８２についても同様に動作する。このように電極シートＷの動きと連動して線状部材８２の移動が行われることにより、図１０に示すように、電極シートＷ上においてはマスク領域１８が当該電極シートＷの長さ方向に等間隔で順次、形成される。言い換えれば、当該電極シートＷから製造される電池のセルの大きさに応じたドーピング領域が、電極シートＷの長さ方向に等間隔で形成される。
以上のドーピング処理を、搬入用収容室２にセットした電極シートＷの搬出用収容室３への巻き取りが終わるまで続ける。処理の終了後、電極製造装置１のユーザーは、巻き取りローラーの取り出し冶具を用意し、搬出用収容室３から巻き取りローラー２０を取り出し、次工程へ処理した電極シートＷを送る。１つのドーピング領域（隣接するマスク領域１８に挟まれる領域）から、１つの電極のセルが製造される。
上記のように電極製造装置１は、載置台ローラー６１の回転と連動して稼働する線状部材駆動機構８３を備えている。それにより、連続的に電極シートＷにリチウムイオンのドーピングを行ないながら、電極シートＷの表面においてセル単位ごとに、リチウムイオンドーピングの有り無しパターンを形成することができる。仮にこのドーピングの後工程でパターン形成を行おうとすると、余計なプロセス工程を増やすことになり電池作製コスト増大につながるおそれが有る。しかし、電極製造装置１によればドーピング時にパターン形成を行うため、上記の後工程でパターン形成を行う場合に比べて、ドーピング後のプロセス工程を減らすことができ、電池作製コストを低減することができる。また、電極製造装置１は電極シートＷの搬送を止めることなく、連続的にドーピング処理を行うことができるため、当該ドーピング処理については高速で行うことができ、高いスループットを得ることができる。
ところで、電極製造装置１においては、マスクパターン形成機構８及び載置台ローラー６１が連結され、一体となって回転機構６５により回転するが、マスクパターン形成機構８及び載置台ローラー６１のうち、載置台ローラー６１が設けられていない構成であってもよい。つまり、中空に浮いた状態の電極シートＷへのドーピングと、当該ドーピングに対するマスキングと、が行われる装置構成であってもよい。
ただし、ドーピング処理時に電極シートＷは、溶射時に発生する溶射炎により高温に晒されると共に、当該電極シートＷには希ガスの噴流が供給される。上記のように電極シートＷの溶射される領域が中空に浮いているとした場合、溶射時に希ガスの噴流により溶射時に電極シートＷが振動する。その結果、電極シートＷに対して衝撃が加わり、破断などの不具合が発生するおそれ、電極シートＷの各部における溶射炎に対する距離のばらつきによる温度の不均一化によるドーピング処理が不均一となるおそれが有る。つまり、電極製造装置１は載置台ローラー６１を備えることで、上記の電極シートＷの振動を抑えて、化学的及び物理的性能の低下を防ぐことが出来、当該電極シートＷから製造されるリチウム電池の性能のばらつきの低減に寄与することが出来る。また、電極製造装置１においてはテンショナー６２の作用により、電極シートＷが載置台ローラー６１に対してより確実に密着するため、上記の電極シートＷの振動を、より確実に抑制することができる。
（第２の実施形態）
続いて第２の実施形態について、第１の実施形態との差異点を中心に説明する。なお、第１の実施形態と同一の部品には同一の番号を付けて、詳しい説明は省略する。この第２の実施形態は載置台ローラー６１の構成について、第１の実施形態と異なっており、その概略を述べると、電極シートＷにおける溶射が行われる領域の温度を所望の温度に調整するためのガスによる定温化機構９が接続されている。
図１１は第２の実施形態における載置台ローラー６１の鳥瞰図である。載置台ローラー６１の周面の幅中央部は、多数の凹凸が形成されたエンボス領域９１として構成されており、当該エンボス領域９１は、載置台ローラー６１の周方向に間隔を空けて複数設けられている。エンボス領域９１についてより詳しく説明すると、当該エンボス領域９１は、後述するガス供給口９２及び排気口９３が開口する比較的大きな凹部と、凹部内に多数設けられた凸部とにより構成される。従って、見方によってはエンボス領域９１は多数の凹部が横方向に接続された領域であり、後述のようにエンボス領域９１内の特定の位置に供給されたガスは、エンボス領域９１全体に広がることができる。
図１２は載置台ローラー６１の表層を、図１１中の載置台ローラー６１の下端におけるローラーの幅方向に沿った分割線Ａ１−Ａ２に沿って切断し、その分割線Ａ１−Ａ２を長さ方向の両端として平面展開して示した図である。上記のエンボス領域９１の幅は、本実施形態では電極シートＷの電極材料Ｗ１の幅よりわずかに広く、当該エンボス領域９１の長さは、作製するセルの長さよりわずかに大きい。そのような設定により、この実施形態では３つのエンボス領域９１が配置されている。なお、後述のように、電極シートＷにおいてこのエンボス領域９１に重なる部位の温度がガスにより調整されることになる。つまり、当該エンボス領域９１の大きさは、電極シートＷを使って作製するセルの大きさによって決定されるので、３つとすることには限られない。
エンボス領域９１のほぼ中央には、上記のガス供給口９２と排気口９３とが設けられている。伝熱ガスとして例えばＨｅ（ヘリウム）ガスが貯留されたタンク９４に、バルブＶ１１が介設されたガス供給管９５の上流側が接続されている。そして、当該ガス供給管９５の下流側は、バルブＶ１２、ＭＦＣ９６がこの順で下流側に向けて各々介設された３つの分岐管９７をなす。分岐管９７の下流側は、ガス供給口９２に接続されている。また、各排気口９３には、圧力計９８、バルブＶ１３がこの順で下流側に向けて介設された大気開放管９９の上流側が接続されている。大気開放管９９の下流側は処理室５の外部の大気雰囲気に開放されている。また、真空雰囲気の処理室５から排気を行えるように、例えば大気開放管９９には図示しないポンプが設けられている。バルブＶ１２、Ｖ１３、ＭＦＣ９６及び圧力計９８は、ガスの流通を管理制御するガス通流ユニット９０としてまとめられており、エンボス領域９１毎に設けられている。なお、ガス通流ユニット９０、タンク９４、ガス供給管９５、分岐管９７、大気開放管９９及びバルブＶ１１は、伝熱ガス供給部をなす上記の定温化機構９を構成する。
ガス通流ユニット９０及びタンク９４を含むガス供給機構のより詳しい構成例を述べると、タンク９４、ガス通流ユニット９０、ガス供給管９５、分岐管９７、大気開放管９９については、例えば処理室５の外部に設けられている。そして、分岐管９７の下流側、大気開放管９９の上流側は、載置台ローラー６１及び回転軸６４に設けられるガスの供給用流路９７Ａ、ガスの排出用流路９９Ａに接続される。そして、第２の内部流路である供給用流路９７Ａの下流端、排出用流路９９Ａの上流端が、上記のガス供給口９２、排気口９３として夫々開口する。つまり、第１の実施形態で定温水を載置台ローラー６１内の流路６７と処理室５の外部とで流通させる構成例を述べたが、同様の構成でＨｅガスが載置台ローラー６１と処理室５の外部との間で流通する。なお、この第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、定温水が載置台ローラー６１と処理室５の外部とで流通する構成となっている。
上記のガス通流ユニット９０は制御部１０に接続されており、制御部１０から出力される制御信号に従って、ガス通流ユニット９０に含まれる各機器が動作する。また、第１の実施形態と同様に、制御部１０は各ローラーの駆動回路６６に接続され、載置台ローラー６１を含むローラー群と情報のやり取りが出来る。このような構成としたことで、各エンボス領域９１に対して載置台ローラー６１の動きと連動して、ガス供給及び排気を個別に行えるようになっている。
図１３は載置台ローラー６１におけるエンボス領域９１と、第１の実施形態で説明した線状部材８２との位置関係の例を示す側面図である。エンボス領域９１は電極シートＷのセルの大きさに対応し、電極シートＷのエンボス領域９１に接する領域に、ドーピング処理が行われる。従って、載置台ローラー６１の回転中心Ｐ１から見て、エンボス領域９１が位置する領域とは載置台ローラー６１の回転方向に離れた位置に線状部材８２が位置する。なお、第１の実施形態で説明済みであるため、この図１３以外の第２の実施形態を示す各図では、線状部材８２を含むマスクパターン形成機構８の表示を省略している。
図１４〜図２０は載置台ローラー６１における一つのエンボス領域９１を切り出して示したものである。そのエンボス領域９１と電極シートＷの長さ方向における任意の領域（Ｗ２とする）との係わりについて説明することで、載置台ローラー６１の動作を述べる。図１４〜図１６は載置台ローラー６１の展開図であり、図中の右側が前方側（搬出用収容室３側）、左側が後方側（搬入用収容室２側）を夫々示している。図１７〜図２０は載置台ローラー６１及び電極シートＷの領域Ｗ２の側面図である。なお、これらの側面図については載置台ローラー６１の表面を湾曲させて平面であるように示しており、その載置台ローラー６１の変形に合せて、電極シートＷについても湾曲させて示している。なお、図１９中ではＨｅガスを１０１、溶射炎を１０２として示している。
第１の実施形態で説明した溶射によるドーピング処理が開始され、載置台ローラー６１が回転し、図１４、図１７に示すように、載置台ローラー６１に送り込まれる電極シートＷの領域Ｗ２が、エンボス領域９１に覆い被さっていく。第１の実施形態で述べたようにテンショナー６２により電極シートＷには引張力が加わっているので、領域Ｗ２は、撓みなく回転するローラー６１に巻きついていく。さらに載置台ローラー６１が回転するとエンボス領域９１全域を領域Ｗ２が覆いつくす。即ち図１５、図１８の状態となり、この状態ではエンボス領域９１がなす上記の凹部は閉空間となる。なお、この閉空間が形成される状態になっているかどうか、載置台ローラー６１の回転位置情報から制御部１０が検知することが出来る。
閉空間が形成されたところで、制御部１０がバルブＶ１２を開け、ＭＦＣ９６を駆動して、閉空間の圧力が所定の値に達するまで、Ｈｅガス１０１をエンボス領域９１に供給する。この際には大気開放管９９側のバルブＶ１３は閉じたままである。電極シートＷと載置台ローラー６１の表面との密着状態がよくなく、このようにＨｅガス１０１を供給した際に、検出される圧力が、設定された圧力に対して低下する場合があるが、このような場合にはＭＦＣ９６を駆動して設定された圧力となるように制御される。
載置台ローラー６１は内部に組み込まれた流路６７を流れる定温水により、定温化されている。この状態で電極シートＷの領域Ｗ２にドーピング処理が行われて、図１９に示すように領域Ｗ２は溶射炎１０２に曝され、熱が供給される。しかし、エンボス領域９１がなす閉空間に充填されたヘリウム分子における、領域Ｗ２の裏面と、エンボス領域９１の表面（即ち、載置台ローラー６１の表面）との間での衝突運動により、領域Ｗ２の裏面からエンボス領域９１の表面へ熱が伝達する。即ち領域Ｗ２が冷却される。この状態は領域Ｗ２の裏面が載置台ローラー６１の表面と完全接触している状態とほぼ同様で、領域Ｗ２の温度変動を極めて小さく抑えることができる。ここで、ドーピング処理による電極シートＷへの熱供給で、領域Ｗ２が伸長して、部分的にエンボス領域９１から浮き上がるとする。その場合でも、領域Ｗ２には常にＨｅガス１０１により熱伝達が行われるため、当該領域Ｗ２の過度な温度上昇が避けられる。
載置台ローラー６１がさらに回転することで、領域Ｗ２の位置がエンボス領域９１に対して徐々にずれていく。この状態に達したらバルブＶ１２を閉め、ＭＦＣ９６の駆動を止め、閉空間へのＨｅガス１０１の供給を中断する。それと同時に大気開放管９９のバルブＶ１３を開け、閉空間から大気開放管９９へとＨｅガスを排出する。図１６、図２０は、さらに載置台ローラー６１が回転して、エンボス領域９１の一部から領域Ｗ２が離れ、閉空間の形成がキャンセルされた状態を示している。以上のようなＨｅガスの供給動作及び排気動作を、載置台ローラー６１表面に設けられた３つのエンボス領域９１で順次繰り返していく。なお、マスクパターン形成機構８については、第１の実施形態と同様に動作させる。これにより電極シートＷを冷却しながら、連続してドーピング処理を繰り返すことが出来る。
上述の実施形態では載置台ローラー６１の表面に３つのエンボス領域９１が設けられた場合について説明したが、作製するセルの大きさにより、エンボス領域９１の配置数は変えることができる。ガス流通ユニット１００の数については、エンボス領域９１の数に応じて設ければよい。また、載置台ローラー６１の幅についても、セルの大きさに応じて、適切な大きさに設定する。なお、載置台ローラー６１に対して電極シートＷが接触しだす位置、離れだす位置が適切となり、図１４〜図２０で説明した各工程が適切に実施されるように、載置台ローラー６１付近のテンショナー６２の上下の位置については、適宜設定する。
以上説明したように、第２の実施形態においては、Ｈｅガスを使った定温化機構９が電極製造装置１に組み込まれたことで、処理中の電極シートＷにおいて各溶射される領域の温度ばらつき及び温度の過度の上昇を、より確実に解消でき、性能のよい電極を作製することができる。なお、上記のガス流通ユニット１００においてはエンボス領域９１に供給したＨｅガスを、大気開放管９９を介して排気することで、Ｈｅガスが処理室５内に放出されないように動作しているが、そのような大気開放管９９を介した排気が行われず、Ｈｅガスが処理室５内に放出されてもよい。また、上記の動作例では閉空間の形成中に大気開放管９９による排気が行われているが、閉空間の形成がキャンセルされた後に大気開放管９９による排気が行われてもよい。そして、載置台ローラー６１の周面については、電極シートＷ１に塞がれたときにＨｅガスが充填されればよいので、既述した凹凸からなるエンボス領域９１の代わりに、比較的大きな凹部が形成された構成であってもよい。ただし、既述したプラズマ流による電極シートＷの振動を抑制するためには、エンボス領域９１とすることが好ましい。
（第３の実施形態）
続いて第３の実施形態に係る電極製造装置１１１について、第１の実施形態の電極製造装置１との差異点を中心に説明する。図２１は電極製造装置１１１の縦断側面図である。高温のリチウムがドーピングされた後の電極シートＷは、強制冷却または自然冷却される過程において、電極材料Ｗ１の被ドープ面（負極面）と、電極材料Ｗ１が形成されたベース材との熱膨張率の違いから、徐々に負極面を外側にして丸まってしまうおそれが有る。
また、電極材料Ｗ１は熱が加えられると硬化しやすい。つまり、既述したドーピング処理後は硬化するおそれがある。既述のように丸まった電極シートＷ上で電極材料Ｗ１が硬化していると、電極シートＷを平らに戻そうと力を加えたとき、ドープされた電極材料Ｗ１が割れ、ベース材から剥離してしまうおそれが有る。このような剥離部分を残したままの電極シートＷを用いてリチウムイオン電池を作製すると、所望とする電池性能が得られず、製品の歩留まり低下の原因となるおそれが有る。
そこで、電極製造装置１１１に設けられる搬出用収容室３は、上記の電極材料Ｗ１の丸まりが抑制されるようにテンションが付与された状態で、電極シートＷを巻き取りローラーに巻き取り、保持するように構成されている。また、そのように電極シートＷの巻き取りを行うにあたり、間紙Ｗ３が電極シートＷの表面に重なるように巻き取りを行い、ロール化される電極シートＷの表面と裏面とが接触することを防ぐ。つまり、長尺で電極シートＷに重ねられる間紙Ｗ３（重ねシート）についてもロールツーロールにより搬送され、電極シートＷと共通の巻き取りローラーで巻き取られるように構成されている。この間紙Ｗ３についても撓み無く電極シートＷに積層されるように、電極シートＷと同様にテンションが付与された状態で巻き取られる。
以下、電極製造装置１１１について具体的に説明する。なお、他の実施形態と同一の部品には同一の番号を付けて、詳しい説明は省略する。また、本実施形態では他の実施形態と構成の異なる搬出用収容室３についてのみ詳述する。この電極製造装置１１１の搬出用収容室３内には第１の実施形態の巻き取りローラー４１に代り、巻き取りローラー１１２が設けられる。巻き取りローラー１１２には図２で説明した溝４５が設けられておらず、その周面上に電極シートＷと間紙Ｗ３との積層体（以下、積層シートと表記する）を巻き取る。また、巻き取りローラー１１２は、昇降機構（高さ変更機構）４７に接続されていない。
以下、搬出用収容室３の概略構成をさらに説明する中で、その作用についても併せて述べることにする。処理室５で処理されてリチウムイオンがドーピングされた電極シートＷは、処理室５のフィードローラー６３、搬出用収容室のフィードガイドローラー４２を介して後方に送られ、巻き取りローラー１１２に巻き取られていく。巻き取りローラー１１２とフィードガイドローラー４２との間に設けられるテンショナー（テンションローラー）１１３によって、厚さ方向に押圧されることで、電極シートＷには常に引張力が働き、電極シートＷは緩みなく巻き取りローラー１１２に巻き取られる。
巻き取りローラー１１２の上方且つ後方には間紙Ｗ３のロールがセットされ、間紙Ｗ３の送り出しローラーである間紙ローラー１１４（第４のローラー）が設けられている。間紙ローラー１１４から引き出された間紙Ｗ３については、巻き取りローラー１１２と間紙ローラー１１４との間に設けられたテンショナー１１５によって、厚さ方向に押圧されることで、間紙Ｗ３には常に引張力が働く。それによって、当該間紙Ｗ３は緩みなく巻き取りローラー１１２に巻き取られる。上記したように間紙Ｗ３、電極シートＷは互いに重なり、積層シートとされた状態で巻き取られる。巻き取りローラー１１２の上方に設けられた押えローラー１１６は、下方へ付勢されて、積層シートを巻き取りローラー１１２の周面へ押圧するように構成されており、当該積層シートを緩みなく押える。なお、テンショナー１１３、１１５の作用のみによって緩み無く各シートの巻き取りを行える場合は、この押えローラー１１６を設けなくてもよい。
即ち、夫々第２のテンション付与部、第３のテンション付与部をなすテンショナー１１３、１１５の作用により、間紙Ｗ３及び電極シートＷにおける巻き取りローラー１１２に巻き取られる部位は、間紙Ｗ３、電極シートＷの各搬送方向とは逆向きの引張力を受ける。そして、そのように引張力が作用するため、間紙Ｗ３、電極シートＷは上記のように各々緩み無く巻き取られ、巻き取られた間紙Ｗ３及び電極シートＷからなる積層シートについては、その表面、裏面が互いに密着したロールとして巻き取りローラー１１２に固定される。なお、電極シートＷにテンションを付与するテンショナー１１３について補足しておくと、この例では間紙Ｗ３と重なり積層シートとなった状態の電極シートＷを前下方斜めに押圧する。図２１中、テンショナー１１３、１１５が電極シートＷ、間紙Ｗ３を押圧する方向を夫々、これらのローラー近くに付した矢印により示している。
電極製造装置１１１を運用するための準備作業を説明する。なお以下の説明で、時計回りとは、図中における時計回り、即ち後方側を左側として見たときの時計回りである。先ず、装置のユーザーは、間紙Ｗ３の端と電極シートＷの端を、巻き取りローラー１１２の取り付け部（不図示）に両者一体で取り付けて固定する。この後、フィードガイドローラー４２を回転停止とし、準備作業中に電極シートＷが移動しないように固定する。続いて巻き取りローラー１１２を反時計回りに回転させ、電極シートＷに撓みがなくなるように引張力を与える。なお、間紙ローラー１１４は、例えば時計回りにしか回転しないブレーキ機能を持つローラーで、わずかな引っ張りにはブレーキが働く。つまり、間紙ローラー１１４は、この準備作業中における不要な回転が防がれ、テンショナー１１３、１１５を作用させたときには間紙Ｗ３に引張力を付与できるように構成されている。
このように電極シートＷ及び間紙Ｗ３がセットされた状態でテンショナー１１３、１１５を作用させ、既述したように電極シートＷと間紙Ｗ３とに常に引張力が加わるようにする。ドーピング処理の際は、このように引張力が作用する状態を保ちながら処理室５で電極シートＷに溶射処理を行う。この処理速度に合わせて巻き取りローラー１１２を回転させ、電極シートＷと間紙Ｗ３とを弛みなく巻き取りローラー１１２に巻き取っていく。
この電極製造装置１１１において、電極シートＷは、巻き取りローラー１１２の比較的なだらかな曲率の周面に沿って積層シートとして巻き取られて、当該巻き取りローラー１１２に固定された状態で冷却される。この冷却中はテンショナー１１１の作用により、巻き取られた電極シートＷについては、その変形力に抗するように巻き取りローラー１１２に固定される。従って、電極材料Ｗ１の被ドープ面（負極面）と、電極材料Ｗ１が形成されたベース材との熱膨張率差に起因した、電極シートＷの極端な丸まりを防止することができる。従って、電極材料Ｗ１が高熱で硬化した電極シートＷに対して後工程で力を加えて平坦化する必要を無くす、ないしは平坦化に必要な力を抑えることができる。従って、後工程での加工処理を容易とすることができ、平坦化するにあたってのベース材からの電極材料Ｗ１の剥離も抑制することができる。この結果、歩留まり低下を招くことなく、所望の電池性能を有するリチウムイオン電池を作製することができる。なお、上記の電極製造装置１１１では、巻き取られた電極シートＷは自然冷却される構成であるが、冷却用のガスの吹きつけなどによって強制冷却してもよく、その場合にも既述した丸まり防止の効果が得られる。
また、電極製造装置１１１においては、巻き取りローラー１１２に近接して間紙Ｗ３が巻かれた間紙ローラー１１３を設置し、ドープされた電極材料Ｗ１の表面に間紙Ｗ３を被せるようにして、巻き取りローラー１１２に両者を巻き取る構成とされている。そのような構成により、電極シートＷの裏面と、ドーピングされた電極材料Ｗ１の表面とが巻き取られる際に直接接触することが防止される。これにより、後工程の処理時に電極シートＷの裏面、電極材料Ｗ１の表面の各々の清浄性が保証され、当該後工程の処理前に、余計な前処理を実施することを不要とすることができる。
（第４の実施形態）
続いて第４の実施形態に係る電極製造装置１２１について、第３の実施形態との差異点を中心に説明する。ところで、リチウムイオン二次電池は、正極、セパレーター、既述のドーピングされた電極シートＷから構成される負極、セパレーターが、この順に積層された、４層の積層構造体により構成される。この第４の実施形態の電極製造装置１２１は、第３の実施形態の電極製造装置１１１と同様に、電極シートＷと他のシートとを、共通の巻き取りローラー１１２により積層シートとして巻き取る構成とされている。そして、他のシートとしては間紙Ｗ３の代りに、上記の正極を構成する正極シートＷ４、及びセパレーターを各々構成する第１のセパレーターシートＷ５、第２のセパレーターシートＷ６が用いられる。これらのシートＷ４〜Ｗ６を電極シートＷと同時に巻き取るようにすることで、ドーピング処理の後工程で行う作業を大幅に簡素化できる。
図２２に電極製造装置１２１の搬出用収容室３にフォーカスした断面図を示す。なお、他の実施形態と同一の部品には同一の番号を付けて詳しい説明は省略する。以下、電極製造装置１２１の概略構成を説明する中で、その作用についても併せて述べることにする。巻き取りローラー１１２の上方且つ前方には、正極シートＷ４が巻かれた正極ローラー１２２と、第１のセパレーターシートＷ５が巻かれた第１のセパレーターローラー１２３とが配置されている。巻き取りローラー１１２の下方且つ前方には、第２のセパレーターシートＷ６が巻かれた第２のセパレーターローラー１２４が配置されている。
また、正極シートＷ４、第１のセパレーターシートＷ５、第２のセパレーターシートＷ６を夫々厚さ方向に押圧して、引張力を付与するためのテンショナー１２５、テンショナー１２６、テンショナー１２７が夫々設けられている。第３の実施形態の図と同様に、図中で各テンショナー付近に付した矢印は、各テンショナーがシートを押圧する方向を示している。このように電極製造装置１２１の搬出用収容室３には、シートＷ４〜Ｗ６毎に、シートを送り出すローラーとシートを押圧するテンショナーとの組が設けられている。
正極ローラー１２２、第１のセパレーターローラー１２３、第２のセパレーターローラー１２４から夫々引き出された正極シートＷ４、第１のセパレーターシートＷ５、第２のセパレーターシートＷ６は、テンショナー１２５、１２６、１２７を介して巻き取りローラー１１２に巻き取られる。電極シートＷについてもテンショナー１１３を介して、これらのシートＷ４〜Ｗ６と同時に巻き取りローラー１１２に巻き取られる。この巻き取り中、押えローラー１１６は、これら４種類のシートを緩み無く押える。
巻き取りローラー１１２は各テンショナーの作用により、４種類のシートに引張力が常に加わった状態で、これらのシートを互いに積層された４層の積層シートとして巻き取る。なお、この第４の実施形態における積層シートは、上記のリチウムイオン二次電池の構成に対応して、正極シートＷ４、第１のセパレーターシートＷ５、電極シート（負極シート）Ｗ、第２のセパレーターシートＷ６が、この順に積層されて構成される。
電極製造装置１２１を運用するための準備作業を説明する。先ず、装置のユーザーは、４種のシートＷ、Ｗ４〜Ｗ６の端を巻き取りローラー１１２の取り付け部（不図示）に一体として取り付けて固定する。この後、フィードガイドローラー４２を回転停止とし、準備作業中に電極シートＷが移動しないように固定する。続いて巻き取りローラー１１２を反時計回りに回転させ、電極シートＷに撓みがなくなるように引張力を与える。なお、残り３つのローラー１２２〜１２４は、第３の実施形態の間紙ローラー１１４と同様にブレーキ機能を持ち、準備作業中に不要に回転しないように構成されている。
このように電極シートＷ、他の３つのシートＷ４〜Ｗ６がセットされた状態でテンショナー１１３、１２５〜１２７を作用させ、電極シートＷと他の３シートＷ４〜Ｗ６に常に引張力が加わるようにする。この状態を保ちながら処理室５で電極シートＷに溶射処理を行う。この処理速度に合わせて巻き取りローラー１１２を回転させ、電極シートＷと他の３シートＷを弛みなく巻き取りローラー１１２に巻き取っていく。
上述の電極製造装置１２１によれば、溶射によるドーピング処理が行われた電極シートＷに常に引張力を与えながら、当該電極シートＷを含むリチウムイオン二次電池を構成する４種のシートを同時に巻き取りローラー１１２に巻き取ることができる。その電極シートＷの巻き取りを行うにあたり、第３の実施形態と同様に電極シートＷの極端な丸まりを防止することができ、電極シートＷの裏面とドーピングされた電極材料Ｗ１の表面とが、巻き取られる際に直接接触することが防止される。
さらに、正極シートＷ４、第１のセパレーターシートＷ５、第２のセパレーターシートＷ６を、電極シートＷと同時に各シートに共通の巻き取りローラー１１２によって巻き取る。それによって、既述のリチウムイオン二次電池が有する積層構造体を、巻き取りローラー１１２上に形成することができる。従って、このドーピング処理後の後工程では、巻き取りローラー１１２から必要な長さの積層構造体を取り出し、巻物を作り、電極を取り付けて、所望の電池セルを作製する。そのため当該電池セルを容易に作製することができる。従って、電極製造装置１２１を用いることで、後工程作業での大幅なコスト削減が可能になる。また、上記の巻き取りを行うにあたり、各テンショナーの作用によって各シートＷ、Ｗ４〜Ｗ６は撓み無く巻き取られて、互いに密着した積層シートとされるため、この積層シートから製造される製品の歩留りを向上させることができる。
また、上記の例では４層の積層シートが製造されるが、このような積層数には限られない。例えば電極シートＷ１と第１のセパレーターシートＷ５とのみからなる積層シートが製造されるようにしてもよい。なお、上記の正極シートＷ４としては、例えばアルミニウムなどの金属箔からなるベース材上に、活物質として例えばＬｉＭｎ２Ｏ４などのリチウムを含む化合物の薄膜が形成されたシートである。そして、第１のセパレーターシートＷ５、第２のセパレーターシートＷ６としては、例えばセラミックス製のシートである。
ところで、例えばリチウム含有粉末をアーク放電によりプラズマ化せずに電極シートＷに供給し、電極シートＷの搬送経路上に設けたヒーターにより当該電極シートＷを加熱し、リチウムと電極材料Ｗ１とを反応させた後、電極シートＷが巻き取られるような装置構成としてもよい。つまり本開示の電極製造装置は、粉体に含まれるリチウムをイオン化して電極シートＷに供給することには限られないし、プラズマを形成して処理を行うことにも限られない。また、各電極製造装置についてリチウムイオン電池を構成する負電極を製造するものと説明してきたが、ここでは電池にはキャパシタが含まれるものとする。つまり、リチウムイオンキャパシタに含まれる負電極について各電極製造装置にて製造することができる。
なお、第１の実施形態の説明で述べたように載置台ローラー６１を設けずに、マスクパターン形成機構８のみを処理室５に設けてもよい。そのようにマスクパターン形成機構８を設ける場合、マスクが設けられる回転体の回転軸６４の軸方向が電極シートＷの搬送方向と直交するように装置を構成することに限られず、当該軸方向と搬送方向とが斜めに交差する関係となっていてもよい。図２３で示す例は、そのように回転軸６４の軸方向（二点鎖線で表示）が、電極シートＷの搬送方向（二点鎖線の矢印で表示）に対して斜めになるように構成した例を示している。
ところで図２４は載置台ローラー６１を前後方向に見た側面図である。この載置台ローラー６１に設けられるマスクパターン形成機構１３０は、旋回軸１３１と、旋回軸１３１を回転させる回転機構１３２と、旋回軸１３１に接続された棒状のマスク１３３と、を備えている。つまり旋回軸１３１の回転により、マスク１３３が遮蔽位置と非遮蔽位置との間を旋回移動する。つまり第１の実施形態で述べた、マスク（線状部材８２）が直線移動する構成とすることには限られない。なお、マスク１３３の旋回角度については、シートの搬送方向に直交する左右方向における位置が変わり、電極シートＷへの干渉を防ぐことができればよいので、図示の例のように１８０度回転する構成とすることには限られない。ただし、処理室５のスペースの大型化を防ぐために、既述したようにマスクが直線移動する構成とすることが好ましい。
また、各実施形態において設けられるテンショナー（テンションローラー）については、比較的摩擦が低く形成され、シートを押圧可能な押圧部材によって代用することができる。つまりテンション付与部としてはローラーであることには限られない。
続いて、処理室５に設けられるリチウム溶射部の他の構成例について、図２５を参照して説明する。この図２５に示すリチウム溶射部１４１のように、加熱ガス供給部５６が設けられない構成とすることができる。リチウム溶射部１４１において、ノズルである粉末供給部５５の外側には肉厚の第１のリング体１４２が設けられ、さらに第１のリング体１４２の外側には薄肉の第２のリング体１４３が設けられている。これらの粉末供給部５５、第１のリング体１４２、第２のリング体１４３は、同軸構造であり、プラズマ溶射ガン１４０を構成する。そして、粉末供給部５５、第２のリング体１４３は直流電源１４４に接続されて夫々カソード電極、アノード電極として構成され、第１のリング体１４２はこれらの電極間を絶縁する。
粉末供給部５５に接続されるフィーダー１４５は、リチウム含有粉末が貯留される粉末貯留部１４６と、駆動機構１４７と、により構成されている。粉末供給部５５には希ガスであるキャリアガスが供給され、このキャリアガスのガス流は粉末供給部５５に供給される。駆動機構１４７により、粉末貯留部１４６から上記のガス流に対してのリチウム含有粉末の給断が行われる。制御部１０によって、駆動機構１４７の動作は後述のＭＦＣ１６１の動作と連動するように制御され、例えばガス流へのリチウム含有粉末の供給量は、粉末供給部５５に供給されるキャリアガスの流量に応じたものとなる。そして、粉末供給部５５、第２のリング体１４３に各々電圧が印加されることで、粉末供給部５５に供給されたリチウム含有粉末及びキャリアガスはプラズマ流を形成し、溶射炎１０２を生じると共に、電極シートＷに吹き付けられる。なお、図中１４８は溶融前のリチウム含有粉末、１４９はプラズマにより溶融後のリチウム含有粉末を夫々示している。
リチウム溶射部１４１の構成について補足して説明する。第１のリング体１４２は、粉末供給部５５よりも下方へ突出し、当該粉末供給部５５の下方に平面視円形の空間１５１を形成する。第１のリング体１４２には、空間１５１に側方から希ガスを吐出し、上記のプラズマ流を旋回流とするための吐出孔１５２が開口している。図中１５３は、第１のリング体１４２の下端部を覆い、溶射炎１０２による当該下端部の損傷を防ぐ保護部材である。
さらに、第１のリング体１４２には冷却水の流路１５４が設けられており、処理中に冷却水が流通して、プラズマ溶射ガン１４０の温度上昇が抑制される。この冷却水の流通を行うために例えば第１のリング体１４２には、バルブＶ２１、流量計１５５が下流側に向けて順に介設された冷却水の供給管１５６と、バルブＶ２２が介設された冷却水の排出管１５７と、が接続されている。また、粉末貯留部１４６、第１のリング体１４２には、ＭＦＣ１６１が介設された配管１６２の下流端、ＭＦＣ１６３が介設された配管１６４の下流端が夫々接続され、これらの配管１６２、１６４の上流端はバルブＶ２１を介して希ガスの供給源１６５に接続されている。つまり、上記のキャリアガス、旋回流形成用のガスを、粉末貯留部１４６、第１のリング体１４２に夫々供給できるように、配管１６２、１６４が設けられている。
以上、添付図面を参照しながら本技術の好適な実施形態について説明したが，本技術は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に既述の各実施形態を含む技術的範囲に属するものと了解される。従って、上記の各実施形態は適宜変更したり、適宜組み合わせたりすることが可能である。
１ 電極製造装置
１７ リチウム含有粉末
５ 処理室
５２ リチウム溶射部
６１ 載置台ローラー
８２ 線状部材

Claims (15)

  1. 長尺な電極シートがロールツーロールによって長さ方向に搬送される処理室と、
    軸方向が前記電極シートの搬送方向と交差する回転軸を備え、前記電極シートの搬送中に回転するように前記処理室に設けられた回転体と、
    前記処理室を搬送中の前記電極シートに向けて粉体を供給して処理する処理部と、
    前記電極シートとの干渉を防ぐために前記搬送方向に対して直交する方向において異なる第１の位置と第２の位置との間で移動し、前記第１の位置において前記電極シートを覆って当該電極シートへの前記粉体の供給を局所的に防ぐように前記回転体に設けられたマスクと、
    を備える電極製造装置。
  2. 前記粉体は溶射材であり、前記処理部は当該粉体を溶射して前記電極シートを処理する請求項１記載の電極製造装置。
  3. 前記回転軸の軸方向は前記搬送方向と直交する方向であり、
    前記マスクは、当該軸方向に沿って移動する請求項１または２記載の電極製造装置。
  4. ロールツーロールを行うための巻き取り側のロールを保持するローラー、送り出し側のロールを保持するローラーを夫々第１のローラー、第２のローラーとすると、
    前記回転体は、第１のローラーと第２のローラーとの間の前記電極シートの搬送経路にて、当該電極シートに接するように設けられる第３のローラーであり、
    前記処理部は、前記電極シートの前記第３のローラーに接する部位に前記粉体を供給する請求項１ないし３のいずれか一つに記載の電極製造装置。
  5. 前記第３のローラーの内部には第１の内部流路が設けられ、
    当該第１の内部流路に当該ローラーの温度を調整するための流体を供給する流体供給部が設けられる請求項４記載の電極製造装置。
  6. 前記第３のローラーの周面に形成された、前記電極シートにより塞がれる凹部と、
    前記凹部に開口する下流端を備え、前記第３のローラーの内部に設けられた第２の内部流路と、
    前記第２の内部流路の上流側に、前記電極シートと前記ローラーとの間で伝熱するための伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給部と、
    を備える請求項５記載の電極製造装置。
  7. 前記凹部は、前記ローラーの周方向に間隔を空けて複数形成される請求項６記載の電極製造装置。
  8. 前記電極シートにおける前記第３のローラーに接する部位に、テンションを付与するための第１のテンション付与部が設けられる請求項４ないし７のいずれか一つに記載の電極製造装置。
  9. 前記第１のテンション付与部は、前記第３のローラーに対して前記第１のローラー側、前記第２のローラー側の各々に設けられた第１のテンションローラー、第２のテンションローラーにより構成される請求項８記載の電極製造装置。
  10. 前記第１のローラーを収納すると共に前記処理室に対して区画された第１の収容室と、
    前記第２のローラーを収納すると共に前記処理室に対して区画された第２の収容室と、
    前記処理部による前記電極シートの処理中において、前記処理室の圧力が前記第１の収容室の圧力及び前記第２の収容室の圧力よりも高くなるように、各圧力を調整する圧力調整部と、
    が設けられる請求項４ないし９のいずれか一つに記載の電極製造装置。
  11. 前記電極シートに積層される長尺な重ねシートがロールツーロールにより搬送され、
    前記第１のローラーは、前記電極シート及び前記重ねシートに共用される巻き取り用のローラーであり、
    前記第１の処理室が設けられ、当該第１の処理室内には、
    前記重ねシートの送り出し側のロールを保持する第４のローラーと、
    巻き取られる前記電極シートにテンションを付与する第２のテンション付与部と、
    巻き取られる前記重ねシートにテンションを付与する第３のテンション付与部と、
    が設けられる請求項４ないし１０のいずれか一つに記載の電極製造装置。
  12. 前記重ねシートは複数の別個のシートであり、前記第４のローラー及び第３のテンション付与部は、当該重ねシート毎に設けられる請求項１１記載の電極製造装置。
  13. 前記電極シートはリチウムイオン電池の負極を構成し、
    複数の前記重ねシートは、前記リチウムイオン二次電池の正極、セパレーターを夫々構成する請求項１２記載の電極製造装置。
  14. 前記第１のローラーの前記電極シートの巻き取り中に、当該第１のローラーの高さを変更する高さ変更機構が設けられる請求項４ないし１３のいずれか一つに記載の電極製造装置。
  15. 処理室内において長尺な電極シートを長さ方向に、ロールツーロールによって搬送する工程と、
    前記処理室に設けられ、軸方向が前記電極シートの搬送方向と交差する回転軸を備える回転体を、前記電極シートの搬送中に回転させる工程と、
    処理部により前記処理室を搬送中の前記電極シートに向けて粉体を供給して処理する工程と、
    前記回転体に設けられたマスクを前記電極シートとの干渉を防ぐために、前記搬送方向に対して直交する方向において異なる第１の位置と第２の位置との間で移動させる工程と、
    前記マスクにより、前記第１の位置において前記電極シートを覆って当該電極シートへの前記粉体の供給を局所的に防ぐ工程と、
    を備える電極製造方法。
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