JP2022156105A - 活物質処理装置、電池用電極製造装置、活物質処理方法、及び、電池用電極製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバーの内部に飛散した活物質を適正に回収することができる活物質処理装置、電池用電極製造装置、活物質処理方法、及び、電池用電極製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】活物質処理装置１００は、内部ＩＮで粉体状の活物質３２Ａを扱うチャンバー１１０と、チャンバー１１０の内面１１１ａに対して絶縁されて設けられ当該内面１１１ａを覆う金属箔層１４０と、チャンバー１１０の内部ＩＮに設けられ、当該チャンバー１１０の内部ＩＮの空気中の活物質３２Ａの粒子、及び、金属箔層１４０を同じ極性に帯電させる帯電装置１４１と、チャンバー１１０の内部ＩＮの空気を排気する排気装置１４２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、活物質処理装置、電池用電極製造装置、活物質処理方法、及び、電池用電極製造方法に関する。

例えば、特許文献１には、マシニングセンターの集塵装置が開示されている。この集塵装置は、テーブルの摺動部を全体的に覆う飛散防止用全体カバーを備え、この全体カバーにより砥粒や粉塵の外部への飛散を防止する。また、例えば、特許文献２には、直動機構が開示されている。この直動機構は、可動部を覆う第１のカバーと、第１のカバーとオーバーラップする構造を有する第２のカバーとを備え、飛沫や粉塵が飛散している環境に設置されたときにも、可動部への飛沫や粉塵の浸入が防止される。

実開平０５－０３７４３９号公報 特開２０１２－１４９６９１号公報

ところで、近年注目されているリチウムイオン電池は、一般に、集電体の表面に活物質層が形成された複数の電極を、セパレータを介して積層させることで構成される。このようなリチウムイオン電池用の電極を、例えば、チャンバー内において、集電体の上に粉体状の活物質を供給し定着させることで製造するという考え方がある。この場合に、電極の製造に伴って内部で活物質の微小粒子が飛散することで、当該活物質の微小粒子がチャンバーの内面に付着してしまうおそれがある。これに対して、例えば、チャンバーの内部に飛散した活物質の微小粒子を回収する場合、上述の特許文献１や特許文献２に開示された技術が適した構成であるとは言えず、更なる改善の余地がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、チャンバーの内部に飛散した活物質を適正に回収することができる活物質処理装置、電池用電極製造装置、活物質処理方法、及び、電池用電極製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る活物質処理装置は、内部で粉体状の活物質を扱うチャンバーと、前記チャンバーの内面に対して絶縁されて設けられ当該内面を覆う金属箔層と、前記チャンバーの内部に設けられ、当該チャンバーの内部の空気中の前記活物質の粒子、及び、前記金属箔層を同じ極性に帯電させる帯電装置と、前記チャンバーの内部の空気を排気する排気装置とを備える。

本発明に係る活物質処理装置、電池用電極製造装置、活物質処理方法、及び、電池用電極製造方法は、チャンバーの内部に飛散した活物質を適正に回収することができる、という効果を奏する。

図１は、実施形態に係る単電池の概略構成を表す模式的な断面図である。 図２は、実施形態に係る製造装置の概略構成を表す模式的なブロック図である。 図３は、実施形態に係る製造装置の概略構成を表す模式的な部分断面図である。 図４は、実施形態に係る製造方法を表すフローチャートである。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態］
図２に示す本実施形態に係る製造装置１００は、図１に示す単電池１０に適用される電極３０を製造するための電池用電極製造装置である。以下では、まず、図１を参照して単電池１０、電極３０の基本的な構成について説明した後、図２等を参照して製造装置１００について詳細に説明する。

＜単電池＞
図１に示す本実施形態の単電池（電池セル、単セルともいう。）１０は、非水電解質二次電池の１種であるリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池とは、正極３０ａと負極３０ｂとの間をリチウムイオンが移動することで充電や放電を行う二次電池である。なお、以下の説明では、「正極３０ａ」と「負極３０ｂ」とを特に区別して説明する必要がない場合には、単に「電極３０」という場合がある。

単電池１０は、正極３０ａと、負極３０ｂと、セパレータ４０と、枠体５０とを備える。正極３０ａは、正極集電体層３１ａ、及び、正極活物質層３２ａを含んで構成される。一方、負極３０ｂは、負極集電体層３１ｂと、負極活物質層３２ｂを含んで構成される。単電池１０は、正極集電体層３１ａ、正極活物質層３２ａ、セパレータ４０、負極活物質層３２ｂ、及び、負極集電体層３１ｂがこの順で積層される。つまり、単電池１０は、正極集電体層３１ａ及び負極活物質層３２ｂが最外層に配置される。そして、単電池１０は、正極集電体層３１ａ及び負極集電体層３１ｂの縁部において、枠体５０により正極活物質層３２ａ、負極活物質層３２ｂ及びセパレータ４０の外周が封止され、電解液が封入される。この状態で、単電池１０は、正極活物質層３２ａと負極活物質層３２ｂとの間にセパレータ４０が介在し、当該セパレータ４０が正極３０ａと負極３０ｂとの間の隔壁として機能する。単電池１０は、例えば、複数を組み合わせてモジュール化した組電池、あるいは、このような組電池を複数組み合わせて電圧及び容量を調整した電池パックの形態で使用することが可能である。

なお、以下の説明では、「正極集電体層３１ａ」と「負極集電体層３１ｂ」とを特に区別して説明する必要がない場合には、単に「集電体層３１」という場合がある。同様に、「正極活物質層３２ａ」と「負極活物質層３２ｂ」とを特に区別して説明する必要がない場合には、単に「電極活物質層３２」という場合がある。

＜正極集電体の具体例＞
正極集電体層３１ａを構成する正極集電体としては、公知のリチウムイオン単電池に用いられる集電体を用いることができ、例えば、公知の金属集電体及び導電材料と樹脂とから構成されてなる樹脂集電体（特開２０１２－１５０９０５号公報及び国際公開第２０１５－００５１１６号等に記載の樹脂集電体等）を用いることができる。正極集電体層３１ａを構成する正極集電体は、電池特性等の観点から、樹脂集電体であることが好ましい。

金属集電体としては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン及びこれらの金属を１種以上含む合金、並びに、ステンレス合金からなる群から選択される一種以上の金属材料が挙げられる。これらの金属材料は、薄板や金属箔等の形態で用いてもよい。また、上記金属材料以外で構成される基材表面にスパッタリング、電着、塗布等の方法により上記金属材料を形成したものを金属集電体として用いてもよい。

樹脂集電体としては、導電性フィラーとマトリックス樹脂とを含むことが好ましい。マトリックス樹脂としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）等が挙げられるが、特に限定されない。導電性フィラーは、導電性を有する材料から選択されれば特に限定されない。例えば、導電性フィラーは、その形状が繊維状である導電性繊維であってもよい。

樹脂集電体は、マトリックス樹脂及び導電性フィラーのほかに、その他の成分（分散剤、架橋促進剤、架橋剤、着色剤、紫外線吸収剤、可塑剤等）を含んでいてもよい。また、複数の樹脂集電体を積層して用いてもよく、樹脂集電体と金属箔とを積層して用いても良い。

正極集電体層３１ａの厚さは、特に限定されないが、５～１５０μｍであることが好ましい。複数の樹脂集電体を積層して正極集電体層３１ａとして用いる場合には、積層後の全体の厚さが５～１５０μｍであることが好ましい。正極集電体層３１ａは、例えば、マトリックス樹脂、導電性フィラー及び必要により用いるフィラー用分散剤を溶融混練して得られる導電性樹脂組成物を公知の方法でフィルム状に成形することにより得ることができる。

＜正極活物質の具体例＞
正極活物質層３２ａは、正極活物質を含む混合物の非結着体であることが好ましい。ここで、非結着体とは、正極活物質層中において正極活物質の位置が固定されておらず、正極活物質同士及び正極活物質同士及び正極活物質と集電体とが不可逆的に固定されていないことを意味する。正極活物質層３２ａが非結着体である場合、正極活物質同士は不可逆的に固定されていないため、正極活物質同士の界面を機械的に破壊することなく分離することができ、正極活物質層３２ａに応力がかかった場合でも正極活物質が移動することで正極活物質層３２ａの破壊を防止することができ好ましい。非結着体である正極活物質層３２ａは、正極活物質層３２ａを、正極活物質と電解液とを含みかつ結着剤を含まない正極活物質層３２ａにする等の方法で得ることができる。なお、本明細書において、結着剤とは、正極活物質同士及び正極活物質と集電体とを可逆的に固定することができない薬剤を意味し、デンプン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、スチレン－ブタジエンゴム、ポリエチレン及びポリプロピレン等の公知の溶剤乾燥型のリチウムイオン電池用結着剤等が挙げられる。これらの結着剤は、溶剤に溶解又は分散して用いられ、溶剤を揮発、留去することで表面が粘着性を示すことなく固体化するので正極活物質同士及び正極活物質と集電体とを可逆的に固定することができない。

正極活物質としては、例えば、リチウムと遷移金属との複合酸化物、遷移金属元素が２種である複合酸化物及び金属元素が３種類以上である複合酸化物等が挙げられるが、特に限定されない。

正極活物質は、その表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆材により被覆された被覆正極活物質であってもよい。正極活物質の周囲が被覆材で被覆されていると、正極の体積変化が緩和され、正極の膨張を抑制することができる。

被覆材を構成する高分子化合物としては、特開２０１７－０５４７０３号公報及び国際公開第２０１５－００５１１７号等に活物質被覆用樹脂として記載されたものを好適に用いることができる。

被覆材には、導電剤が含まれていてもよい。導電剤としては、正極集電体層３１ａに含まれる導電性フィラーと同様のものを好適に用いることができる。

正極活物質層３２ａには、粘着性樹脂が含まれていてもよい。粘着性樹脂としては、例えば、特開２０１７－０５４７０３号公報に記載された非水系二次電池活物質被覆用樹脂に少量の有機溶剤を混合してそのガラス転移温度を室温以下に調整したもの、及び、特開平１０－２５５８０５公報に粘着剤として記載されたもの等を好適に用いることができる。なお、粘着性樹脂は、溶媒成分を揮発させて乾燥させても固体化せずに粘着性（水、溶剤、熱などを使用せずに僅かな圧力を加えることで接着する性質）を有する樹脂を意味する。一方、結着剤として用いられる溶液乾燥型の電極用バインダーは、溶媒成分を揮発させることで乾燥、固体化して活物質同士を強固に接着固定するものを意味する。したがって、上述した結着剤（溶液乾燥型の電極バインダー）と粘着性樹脂とは、異なる材料である。

正極活物質層３２ａには、電解質と非水溶媒を含む電解液が含まれていてもよい。電解質としては、公知の電解液に用いられているもの等が使用できる。非水溶媒としては、公知の電解液に用いられているもの（例えば、リン酸エステル、ニトリル化合物等及びこれらの混合物等）が使用できる。例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）の混合液、又は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とプロピレンカーボネート（ＰＣ）の混合液を用いることができる。

正極活物質層３２ａには、導電助剤が含まれていてもよい。導電助剤としては、正極集電体層３１ａに含まれる導電性フィラーと同様の導電性材料を好適に用いることができる。

正極活物質層３２ａの厚さは、特に限定されるものではないが、電池性能の観点から、１５０～６００μｍであることが好ましく、２００～４５０μｍであることがより好ましい。

＜負極集電体の具体例＞
負極集電体層３１ｂを構成する負極集電体としては、正極集電体で記載した構成と同様のものを適宜選択して用いることができ、同様の方法により得ることができる。負極集電体層３１ｂは、電池特性等の観点から、樹脂集電体であることが好ましい。負極集電体層３１ｂの厚さは、特に限定されないが、５～１５０μｍであることが好ましい。

＜負極活物質の具体例＞
負極活物質層３２ｂは、負極活物質を含む混合物の非結着体であることが好ましい。負極活物質層が非結着体であることが好ましい理由、及び非結着体である負極活物質層３２ｂを得る方法等は、正極活物質層３２ａが非結着体であることが好ましい理由、及び非結着体である正極活物質層３２ａを得る方法と同様である。

負極活物質としては、例えば、炭素系材料、珪素系材料及びこれらの混合物などを用いることができるが、特に限定されない。

負極活物質は、その表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆材により被覆された被覆負極活物質であってもよい。負極活物質の周囲が被覆材で被覆されていると、負極の体積変化が緩和され、負極の膨張を抑制することができる。

被覆材としては、被覆正極活物質を構成する被覆材と同様のものを好適に用いることができる。

負極活物質層３２ｂは、電解質と非水溶媒を含む電解液を含有する。電解液の組成は、正極活物質層３２ａに含まれる電解液と同様の電解液を好適に用いることができる。

負極活物質層３２ｂには、導電助剤が含まれていてもよい。導電助剤としては、正極活物質層３２ａに含まれる導電性フィラーと同様の導電性材料を好適に用いることができる。

負極活物質層３２ｂには、粘着性樹脂が含まれていてもよい。粘着性樹脂としては、正極活物質層３２ａの任意成分である粘着性樹脂と同様のものを好適に用いることができる。

負極活物質層３２ｂの厚さは、特に限定されるものではないが、電池性能の観点から、１５０～６００μｍであることが好ましく、２００～４５０μｍであることがより好ましい。

＜セパレータの具体例＞
セパレータ４０に保持される電解質としては、例えば、電解液又はゲルポリマー電解質などが挙げられる。セパレータ４０は、これらの電解質を用いることで、高いリチウムイオン伝導性が確保される。セパレータ４０の形態としては、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレン製の多孔性フィルム等が挙げられるが、特に限定されない。

＜枠体の具体例＞
枠体５０としては、電解液に対して耐久性のある材料であれば特に限定されないが、例えば、高分子材料が好ましく、熱硬化性高分子材料がより好ましい。枠体５０を構成する材料としては、絶縁性、シール性（液密性）、電池動作温度下での耐熱性等を有するものであればよく、樹脂材料が好適に採用される。より具体的には、枠体５０としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂及びポリフッ化ビニリデン樹脂等が挙げられ、耐久性が高く取り扱いが容易であることからエポキシ系樹脂が好ましい。

＜製造装置の基本構成＞
次に、図２、図３を参照して製造装置１００の概略構成について説明する。製造装置１００は、上述した電極３０を製造するものである。この製造装置１００は、例えば、単電池１０を製造する電池製造装置に組み込まれて実現されてもよい。なお、以下で説明する集電体３１Ａは、上述した集電体層３１（正極集電体層３１ａ、負極集電体層３１ｂ）を構成するものである。一方、活物質３２Ａは、上述した電極活物質層３２（正極活物質層３２ａ、負極活物質層３２ｂ）を構成するものである。

ここで一般に、大気圧中において、基材フィルムである集電体３１Ａの一方の面に粉体状の活物質３２Ａを塗布して電極３０を形成する場合、活物質３２Ａの内部に空気が残留する場合がある。そして、この状態のまま活物質３２Ａに対してプレス成型を行うと、プレス終了後に圧縮された空気が膨張し、活物質３２Ａが弾け飛んだり、活物質３２Ａの表面が凹凸になったりする等の現象が発生するおそれがある。

これに対して、本実施形態の製造装置１００は、大気圧よりも減圧されたチャンバー１１０の内部ＩＮにおいて、帯状の集電体３１Ａ上に粉体状の活物質３２Ａを供給して電極３０を製造する構成となっている。

この構成により、本実施形態の製造装置１００は、活物質３２Ａの内部への空気の残留を抑制し、集電体層３１上に形成される電極活物質層３２の均一性向上を実現している。以下、これを実現するための製造装置１００の各部の具体的な構成について説明する。

なお、以上で説明したように、正極３０ａと負極３０ｂとは、集電体層３１（正極集電体層３１ａ、負極集電体層３１ｂ）、電極活物質層３２（正極活物質層３２ａ、負極活物質層３２ｂ）を構成する物質について異なる点があるものの、それぞれ集電体層３１の一方の面に電極活物質層３２が電気的に結合された構成である点では差異はない。このため、以下の説明でも、「正極３０ａ」の製造と「負極３０ｂ」の製造とを特に区別して説明する必要がない場合には、単に「電極３０」の製造として説明する。

具体的には、製造装置１００は、図２に示すように、チャンバー１１０と、活物質供給装置１２０と、ロールプレス１３０とを備える。活物質供給装置１２０の一部とロールプレス１３０とは、電極形成部１００Ａを構成する。電極形成部１００Ａは、製造装置１００において、集電体３１Ａ上に粉体状の活物質３２Ａを供給して電極３０を形成する部位であり、活物質３２Ａを集電体３１Ａ上に塗布し、当該活物質３２Ａを圧縮して電極活物質層３２を成形し電極３０を形成する。上述したように、本実施形態では、電極形成部１００Ａは、チャンバー１１０の内部ＩＮの減圧環境下に設けられる。

なお、以下の説明では、製造装置１００において、集電体３１Ａを搬送する方向を「搬送方向Ｄ１」という場合がある。搬送方向Ｄ１は、典型的には、略水平方向に沿っており、帯状の集電体３１Ａの長手方向に沿った方向に相当する。製造装置１００は、チャンバー１１０の内において、搬送方向Ｄ１の上流側から下流側に向かって、活物質供給装置１２０、ロールプレス１３０の順で配置されている。

チャンバー１１０は、内部ＩＮが大気圧よりも減圧される容器である。本実施形態のチャンバー１１０は、内部ＩＮで粉体状の活物質３２Ａを扱う。チャンバー１１０は、隔壁１１１によって空洞状に区画され、内部ＩＮの空間が大気圧よりも減圧された状態に保持できる部屋として機能する。チャンバー１１０の内部ＩＮは、減圧ポンプ等によって大気圧よりも減圧される。チャンバー１１０の内部ＩＮの圧力は、大気圧よりも減圧されていれば任意の値でよいが、例えば、大気圧から１×１０^－１～１×１０^－２Ｐａまでの低真空環境となるように調整されていてもよいし、１×１０^－６～１×１０^－７Ｐａの高真空環境となるように調整されていてもよいし、それ以上の超高真空や１０^－8～１０^－９Ｐａレベルの極高真空であってもよい。ここで、標準大気圧は、約１０１３ｈＰａ（約１０^５Ｐａ）である。チャンバー１１０は、この内部ＩＮの空間に電極形成部１００Ａを収容する。

チャンバー１１０は、隔壁１１１に搬入開口部１１２が形成されている。搬入開口部１１２は、チャンバー１１０の外部ＯＵから内部ＩＮに帯状の集電体３１Ａを搬入（挿入）可能な略矩形状のスリットである。搬入開口部１１２は、搬送方向Ｄ１の上流側において搬送方向Ｄ１に沿って隔壁１１１を貫通し、チャンバー１１０の外部ＯＵと内部ＩＮとを連通する。ここでは、搬入開口部１１２は、チャンバー１１０の内部ＩＮの減圧環境を維持した状態で、集電体３１Ａを外部ＯＵから内部ＩＮに搬入可能な大きさ、形状に形成される。帯状の集電体３１Ａは、例えば、チャンバー１１０の外部ＯＵの常圧下に設けられた集電体ロール３１Ｒから引き出されながら、搬入開口部１１２を介して内部ＩＮに連続的に供給、搬入される。チャンバー１１０の内部ＩＮに搬入された集電体３１Ａは、コンベアや搬送ローラ等によって搬送方向Ｄ１に沿って搬送され、電極３０の製造の過程において、適宜のタイミングで切断されることで個別の集電体３１Ａとなる。また、チャンバー１１０の内部ＩＮに搬入された集電体３１Ａは、当該チャンバー１１０の内部ＩＮにおいて枠体５０が設けられる。この場合、枠体５０は、例えば、内部ＩＮにおいて、枠体設置装置等によって、活物質供給装置１２０の前段で集電体３１Ａに設けられてもよいし、活物質供給装置１２０とロールプレス１３０との間で集電体３１Ａに設けられてもよいし、ロールプレス１３０の後段で集電体３１Ａに設けられてもよい。図２、図３は、一例として、活物質供給装置１２０の前段で枠体５０が集電体３１Ａに設けられる場合を例示している。

活物質供給装置１２０は、帯状の集電体３１Ａ上に粉体状の活物質３２Ａを供給する装置である。活物質供給装置１２０は、少なくとも一部がチャンバー１１０の内部ＩＮに設けられ、ロールプレス１３０と共に電極形成部１００Ａを構成する。活物質供給装置１２０は、少なくとも供給口１２０ａ（図３参照）、及び、シャッタユニット１２０ｂ（図３参照）がチャンバー１１０の内部ＩＮに配置され、電極形成部１００Ａを構成する。活物質供給装置１２０は、シャッタユニット１２０ｂが動作することで、チャンバー１１０の内部ＩＮにおいて、供給口１２０ａから集電体３１Ａ上に紛体状の活物質３２Ａを供給する。

ロールプレス１３０は、活物質供給装置１２０によって集電体３１Ａ上に供給した活物質３２Ａを当該集電体３１Ａに定着させる装置である。ロールプレス１３０は、チャンバー１１０の内部ＩＮに設けられ、上述したように、活物質供給装置１２０の一部（供給口１２０ａ、シャッタユニット１２０ｂ等）と共に電極形成部１００Ａを構成する。ロールプレス１３０は、例えば、上述の工程で活物質３２Ａが供給され、搬送されてきた集電体３１Ａの上に載置されている当該活物質３２Ａを、一対のローラによって集電体３１Ａと共に挟み込んでプレス成形する。これにより、ロールプレス１３０は、活物質３２Ａを帯状の集電体３１Ａに定着させる。

上記のように構成される製造装置１００は、搬入開口部１１２を介してチャンバー１１０の内部ＩＮに搬入された集電体３１Ａを電極形成部１００Ａ側に搬送し、当該搬送される帯状の集電体３１Ａに対して、活物質供給装置１２０の供給口１２０ａから粉体状の活物質３２Ａを供給する。このとき、製造装置１００は、搬送されてくる集電体３１Ａに所望量の活物質３２Ａが供給されるように、シャッタユニット１２０ｂによる供給口１２０ａの開閉が調節される。そして、製造装置１００は、活物質３２Ａが供給された集電体３１Ａを、ロールプレス１３０に搬送し、当該ロールプレス１３０によって集電体３１Ａ上の活物質３２Ａをプレス成形し、活物質３２Ａを帯状の集電体３１Ａに定着させる。その後、製造装置１００は、帯状の集電体３１Ａを枠体５０の間隔に合わせ適宜切断することで、電極３０を形成することができる。なお、製造装置１００は、電極３０の形成後の後工程として、さらに、上述の工程により形成された電極３０（すなわち、正極３０ａ、及び、負極３０ｂ）を適宜積層させて単電池１０や組電池を製造する工程等を続けて実行してもよい。

上述したように、本実施形態の製造装置１００は、チャンバー１１０の内部ＩＮの減圧環境下において電極３０を形成するものである。この構成により、本実施形態の製造装置１００は、集電体３１Ａに粉体状の活物質３２Ａを供給した後、当該活物質３２Ａの内部に空気が残留することを抑制することができ、その上で、活物質３２Ａを集電体３１Ａに定着させることができる。この結果、製造装置１００は、ロールプレス１３０によるプレス終了後に、残留空気に起因して活物質３２Ａが弾け飛んだり、活物質３２Ａの表面が凹凸になったりする等の現象が発生することを抑制することができる。

リチウムイオン電池に用いる電極３０は、集電体３１Ａ上に供給された活物質３２Ａを含む電極活物質層３２が均質に形成されることで、より安定した電池性能を発揮する傾向にある。このため、本実施形態の製造装置１００は、上述したように、電極活物質層３２に空気が含まれることを抑制し、電極活物質層３２の均一性を向上させた電極３０を製造することができるので、より安定した性能を発揮することができる単電池１０を製造することができる。

以上、本実施形態に係る製造装置１００の全体構成の概略について説明した。

＜活物質回収構造＞
このような構成のもと、本実施形態に係る製造装置１００は、図２、図３に示すように、金属箔層１４０と、帯電装置１４１と、排気装置１４２とを備えることで、チャンバー１１０の内部ＩＮに飛散した活物質３２Ａを回収する活物質処理装置としての構成を実現している。

具体的には、金属箔層１４０は、チャンバー１１０の隔壁１１１の内面１１１ａに対して絶縁されて設けられ当該内面１１１ａを覆う被膜である。金属箔層１４０は、導電性を有する金属箔が絶縁層１４０ａを介在させてチャンバー１１０の内面１１１ａに層状に設けられることで形成される。金属箔層１４０は、典型的には、当該内面１１１ａの全体を覆う。金属箔層１４０を構成する材料としては、典型的には、活物質３２Ａの微小粒子と略同電位（同じ極性）に帯電可能な金属材料、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス及びこれらの金属を１種以上含む合金からなる群から選択される一種以上の金属材料が挙げられる。金属箔層１４０は、薄板や金属箔をチャンバー１１０の内面１１１ａに貼り付けて形成されてもよいし、当該内面１１１ａにスパッタリング、電着、塗布等の方法により上記金属材料を施すことで形成されてもよい。

帯電装置１４１は、チャンバー１１０の内部ＩＮに設けられ、当該チャンバー１１０の内部ＩＮの空気中の活物質３２Ａの粒子、及び、金属箔層１４０を帯電させる装置である。帯電装置１４１は、例えば、公知の帯電ガン等を用いることができる。帯電装置１４１は、高電圧の静電気を発生させて、チャンバー１１０の内部ＩＮの空気中の活物質３２Ａの粒子、及び、金属箔層１４０に対してコロナ放電し、これら活物質３２Ａの粒子、及び、金属箔層１４０を同じ極性に帯電させる。ここで、チャンバー１１０の内部ＩＮの空気中の活物質３２Ａの粒子には、例えば、電極形成部１００Ａにおける電極３０の形成に伴って飛散した活物質３２Ａの微小粒子の他、搬入開口部１１２を介してチャンバー１１０の外部ＯＵから内部ＩＮに侵入した活物質３２Ａの微小粒子等も含まれる。

本実施形態の帯電装置１４１は、チャンバー１１０の内部ＩＮに複数設けられる。帯電装置１４１は、チャンバー１１０の内部ＩＮに万遍なく配置されることが好ましい。ここでは、帯電装置１４１は、搬送方向Ｄ１に対して、活物質供給装置１２０の上流側に１つ、活物質供給装置１２０とロールプレス１３０との間に１つ、ロールプレス１３０の下流側に１つ、合計３つが設けられる。なお、帯電装置１４１の数は、これに限定されるものではない。

帯電装置１４１によって同じ極性に帯電された空気中の活物質３２Ａの粒子と金属箔層１４０とは、互いに反発することとなる。この結果、活物質３２Ａの粒子は、チャンバー１１０の隔壁１１１の内面１１１ａには付着せず、内部ＩＮの空気中に浮遊することとなる。

排気装置１４２は、チャンバー１１０の内部ＩＮの空気を排気する装置である。この排気装置１４２は、例えば、チャンバー１１０の内部ＩＮを減圧する減圧ポンプであってもよい（すなわち減圧ポンプと兼用されてもよい）し、減圧ポンプとは別体の排気装置であってもよい。排気装置１４２は、典型的には、チャンバー１１０の内部ＩＮの空気と共に当該空気中の活物質３２Ａの微小粒子もチャンバー１１０の外部ＯＵに排気する。

具体的には、排気装置１４２は、吸引口部１４２ａ、排気配管１４２ｂ、及び、吸引源１４２ｃを有する。

吸引口部１４２ａは、チャンバー１１０の内部ＩＮの空気を吸引するための開口部である。吸引口部１４２ａは、チャンバー１１０の隔壁１１１に形成され、内部ＩＮに向かって開口する。ここでは、吸引口部１４２ａは、チャンバー１１０の隔壁１１１において、搬送方向Ｄ１の最下流側の端面、すなわち、搬入開口部１１２が形成されている側とは反対側の端面に形成されている。吸引口部１４２ａは、隔壁１１１を貫通し、チャンバー１１０の外部ＯＵと内部ＩＮとを連通する。

排気配管１４２ｂは、チャンバー１１０の内部ＩＮで吸引口部１４２ａから吸引された空気、及び、活物質３２Ａの微小粒子を、チャンバー１１０の外部ＯＵに排気するための排気流路を構成する配管である。排気配管１４２ｂは、一端側が吸引口部１４２ａに接続されており、他端側がチャンバー１１０から導出され外部ＯＵに開放されている。

吸引源１４２ｃは、吸引口部１４２ａから内部ＩＮの空気を吸引するための源となる装置である。吸引源１４２ｃは、チャンバー１１０の外部ＯＵにおいて、排気配管１４２ｂ上に設けられる。吸引源１４２ｃは、例えば、吸引ポンプ等によって構成される。吸引源１４２ｃは、典型的には、チャンバー１１０の内部ＩＮを大気圧よりも減圧するために要する負圧より大きな負圧で吸引するものであってもよいし、上述したようにチャンバー１１０の内部ＩＮを減圧するための吸引源と兼用されてもよい。

上記のように構成される排気装置１４２は、吸引源１４２ｃが駆動することで、吸引口部１４２ａからチャンバー１１０の内部ＩＮの空気を吸引する。このとき、排気装置１４２は、当該空気中に浮遊する活物質３２Ａの微小粒子も空気と共に吸引口部１４２ａから吸引、回収し、排気配管１４２ｂ介してチャンバー１１０の外部ＯＵに排気する。

なお、排気装置１４２は、排気配管１４２ｂ上で、かつ、吸引源１４２ｃより排気方向上流側に、空気から活物質３２Ａの微小粒子を除去するフィルタ装置を有していてもよい。この場合、排気装置１４２は、吸引口部１４２ａから吸引した空気を、排気配管１４２ｂを介して外部ＯＵに排気する際に、フィルタ装置によって空気から活物質３２Ａの微小粒子を除去した後、外部ＯＵに排気する。

また、本実施形態の製造装置１００は、チャンバー１１０の内部ＩＮに集電体３１Ａを搬入するための搬入開口部１１２が、外部ＯＵから内部ＩＮに空気（外気）を導入可能である吸入開口部としても機能する。製造装置１００は、チャンバー１１０の内部ＩＮの減圧環境を維持した状態で、内部ＩＮの負圧によって、この搬入開口部１１２を介して内部ＩＮに若干の空気を吸い込むこととなる。

また、本実施形態の製造装置１００は、さらに、チャンバー１１０の内部ＩＮに設けられ、活物質３２Ａの粒子の流れを金属箔層１４０側に向けて案内する案内部材１４３を備える。ここでは、案内部材１４３は、帯電装置１４１に隣接して設けられる。案内部材１４３は、複数の帯電装置１４１に対してそれぞれ１つずつ、合計３つ設けられる。各案内部材１４３は、各帯電装置１４１に対して搬送方向Ｄ１の上流側に隣接して位置する。

具体的には、案内部材１４３は、介在部１４３ａ、及び、湾曲部１４３ｂを含んで構成され、これらが一体で形成される。介在部１４３ａは、搬送方向Ｄ１に沿って板状に形成され、搬送方向Ｄ１に沿って搬送される集電体３１Ａと帯電装置１４１との間に介在する。湾曲部１４３ｂは、介在部１４３ａの搬送方向Ｄ１の上流側の端部から、搬送方向Ｄ１と交差する方向に向けて突出し、かつ、金属箔層１４０側に向かうように湾曲した曲面状に形成される。この構成により、案内部材１４３は、帯電装置１４１によって帯電された活物質３２Ａの粒子の流れが当該帯電装置１４１に向かうことを規制し、金属箔層１４０側（典型的には搬送方向Ｄ１と交差する方向において集電体３１Ａから離れる側）に向けて案内することができる。

＜電極の製造方法＞
次に、図４のフローチャートを参照して電極３０の製造方法（電池用電極製造方法）について説明する。以下で説明する電極３０の製造方法は、製造装置１００によって行われるものとして説明する。この電極３０の製造方法は、活物質処理方法を含むものであり、より具体的には、電極形成工程（ステップＳ１）、帯電工程（ステップＳ２）、及び、排気工程（ステップＳ３）を含む。なお、ここでは、説明を分かり易くするため、各工程を順を追って説明するが、実際にはこれらの各工程が相互に並行して継続して行われている。

製造装置１００は、電極形成工程として、チャンバー１１０の内部ＩＮで、電極形成部１００Ａにおいて集電体３１Ａ上に粉体状の活物質３２Ａを供給して電極３０を形成する（ステップＳ１）。ここでは、製造装置１００は、シャッタユニット１２０ｂによって、集電体３１Ａに所望量の活物質３２Ａを供給し、ロールプレス１３０によって当該活物質３２Ａを集電体３１Ａ上に定着させて電極３０を形成する。製造装置１００は、搬入開口部１１２からチャンバー１１０の内部ＩＮに搬入された集電体３１Ａに対して上記処理を行っていき、順次、電極３０を形成していく。この間、製造装置１００は、チャンバー１１０の内部ＩＮの負圧によって、搬入開口部１１２を介して当該チャンバー１１０の内部ＩＮに、減圧環境を維持できる程度の空気を吸い込んでいる。

この間、製造装置１００は、帯電工程として、帯電装置１４１によって、チャンバー１１０の内部ＩＮの空気中の活物質３２Ａの粒子、及び、当該チャンバー１１０の内面１１１ａに対して絶縁されて設けられ当該内面１１１ａを覆う金属箔層１４０を帯電させる（ステップＳ２）。ここでは、製造装置１００は、電極形成部１００Ａにおける電極３０の形成に伴って飛散した活物質３２Ａの微小粒子や搬入開口部１１２を介してチャンバー１１０の内部ＩＮに侵入した活物質３２Ａの微小粒子に対して帯電装置１４１によってコロナ放電し、これら活物質３２Ａの粒子、及び、金属箔層１４０を同じ極性に帯電させる。これにより、内部ＩＮの空気中の活物質３２Ａの粒子は、チャンバー１１０の隔壁１１１の内面１１１ａには付着せず、内部ＩＮの空気中に浮遊する。

そして、製造装置１００は、排気工程として、チャンバー１１０の内部ＩＮの空気を排気装置１４２によって排気する（ステップＳ３）。このとき、製造装置１００は、帯電装置１４１によって帯電されたことで内部ＩＮの空気中に浮遊することとなった活物質３２Ａの微小粒子も空気と共に吸引口部１４２ａから吸引、回収し、排気配管１４２ｂ介してチャンバー１１０の外部ＯＵに排気する。

＜実施形態の作用効果＞
以上で説明した製造装置１００、製造方法、及び、活物質処理方法は、チャンバー１１０の内部ＩＮの空気中の活物質３２Ａの粒子、及び、チャンバー１１０の内面１１１ａを覆う金属箔層１４０を、帯電装置１４１によって同じ極性に帯電させることができる。これにより、製造装置１００は、チャンバー１１０の内部ＩＮで扱う活物質３２Ａの粒子と金属箔層１４０とを互いに反発させることができるので、活物質３２Ａの粒子がチャンバー１１０の内面１１１ａに付着することを抑制することができる。その上で、製造装置１００は、チャンバー１１０の内面１１１ａに付着せずに内部ＩＮの空気中に浮遊している活物質３２Ａの粒子を、排気装置１４２によって空気と共に外部ＯＵに排気し回収することができる。この結果、製造装置１００、製造方法、及び、活物質処理方法は、チャンバー１１０の内部ＩＮに飛散した活物質３２Ａを適正に回収することができる。

これにより、製造装置１００は、例えば、チャンバー１１０の内面１１１ａを清掃するために製造装置１００を停止する必要がなく、当該製造装置１００を稼働させたまま、内部ＩＮに飛散した活物質３２Ａを回収することができるので、電極３０の製造効率を向上できる。

また、以上で説明した製造装置１００、製造方法、及び、活物質処理方法は、チャンバー１１０の内部ＩＮが大気圧よりも減圧され、かつ、外部ＯＵから内部ＩＮに空気を導入可能な搬入開口部１１２が設けられる。この構成により、製造装置１００は、活物質３２Ａを回収する際に利用する空気を、チャンバー１１０の内部ＩＮの負圧を利用して搬入開口部１１２から内部ＩＮに取り込むことができる。この結果、製造装置１００、製造方法、及び、活物質処理方法は、搬入開口部１１２を介して内部ＩＮに効果的に取り込んだ空気を利用して空気中の活物質３２Ａを回収することができる。

ここでは、以上で説明した製造装置１００、製造方法、及び、活物質処理方法は、チャンバー１１０の内部ＩＮにおいて、電極形成部１００Ａによって電極３０を製造する際に内部ＩＮの空気中に飛散した活物質３２Ａの微小粒子を空気と共に外部ＯＵに吸引し回収することができる。この結果、製造装置１００は、チャンバー１１０の内部ＩＮで電極３０を形成する際に活物質３２Ａの微小粒子が空気中に飛散し内部ＩＮの空間を汚染しても、当該チャンバー１１０の内部ＩＮの清浄度を適正に確保することができる。この結果、製造装置１００、製造方法、及び、活物質処理方法は、清浄度を適正に確保した環境下で電極３０を製造することができるので、例えば、所望の性能の電極３０を精度よく製造することができる。

さらに、以上で説明した製造装置１００、製造方法、及び、活物質処理方法は、帯電装置１４１によって帯電された活物質３２Ａの粒子の流れを、案内部材１４３によって金属箔層１４０側に向けて案内しつつ、活物質３２Ａの粒子が帯電装置１４１近傍に滞留し続けないようにすることができる。その上で、製造装置１００は、金属箔層１４０側に向けて案内された活物質３２Ａの粒子を内面１１１ａには付着させずに空気中に浮遊させた状態で排気装置１４２によって排気させ易くすることができる。この結果、製造装置１００、製造方法、及び、活物質処理方法は、チャンバー１１０の内部ＩＮに飛散した活物質３２Ａをより効率的に回収することができる。

＜変形例＞
なお、上述した本発明の実施形態に係る活物質処理装置、電池用電極製造装置、活物質処理方法、及び、電池用電極製造方法は、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。

以上の説明では、電極形成部１００Ａは、基材フィルムとしての集電体３１Ａの一方の面に直接、粉体状の活物質３２Ａを供給して電極３０を形成するものとして説明したがこれに限らない。例えば、電極形成部１００Ａは、集電体３１Ａとは異なる基材フィルムである転写用フィルムに、一旦、活物質３２Ａを供給して定着させた後に、当該転写用フィルムに粉成型された活物質３２Ａを、集電体３１Ａの一方の面に転写し定着させることで電極３０を形成してもよい。この場合、電極形成部１００Ａは、転写用フィルムから集電体３１Ａに活物質３２Ａを転写するための転写部を含んで構成されてもよい。また、基材フィルムは、セパレータ４０であってもよい。つまり、基材フィルムは、集電体３１Ａ、セパレータ４０、又は、転写用フィルムを用いることができる。基材フィルムが例えば転写用フィルムである場合は、上述のように当該フィルム上に形成された活物質層（電極組成物層）を集電体上に、例えば転写することで、リチウムイオン電池用電極を得ることができる。

以上の説明では、枠体５０は、チャンバー１１０の内部ＩＮで集電体３１Ａに設けられるものとして説明したがこれに限らず、外部ＯＵで設けられる構成であってもよい。枠体５０は、例えば、外部ＯＵにおいて、枠体設置装置等によって、搬入開口部１１２の前段で集電体３１Ａに設けられてもよい。この場合、帯状の集電体３１Ａは、搬入開口部１１２の手前で枠体５０が取り付けられた状態で搬入開口部１１２から内部ＩＮに搬入される。またこの場合、搬入開口部１１２は、チャンバー１１０の内部ＩＮの減圧環境を維持した状態で、集電体３１Ａと共に枠体５０も一緒に外部ＯＵから内部ＩＮに搬入可能な大きさ、形状に形成されればよい。また、枠体５０は、例えば、枠体設置装置等によって、ロールプレス１３０の後段であってチャンバー１１０の外部ＯＵで集電体３１Ａに設けられてもよい。また、本実施形態に係る活物質処理装置、電池用電極製造装置、活物質処理方法、又は、電池用電極製造方法は、枠体設置装置又は枠体設置工程を含まなくてもよい。例えば、集電体３１Ａに代えて転写用フィルムが用いられる場合には、転写用フィルム上に電極組成物層（電極活物質層３２）が形成された後（つまり、電極形成工程を終了した後）、当該電極組成物層が転写された集電体３１Ａ上に、又は、当該電極組成物層が転写される前の集電体３１Ａ上に、枠体５０が配置されてもよい。

また、以上の説明では、帯状の集電体３１Ａは、例えば、チャンバー１１０の外部ＯＵの常圧下に設けられた集電体ロール３１Ｒから引き出されながら搬入開口部１１２を介して内部ＩＮに搬入されるものとして説明したがこれに限らず、チャンバー１１０の内部ＩＮの減圧下に設けられた集電体ロール３１Ｒから引き出されるものであってもよい。また、活物質供給装置１２０も、その全体がチャンバー１１０の内部ＩＮに設けられていてもよい。

また、以上の説明では、製造装置１００は、搬入開口部１１２が外部ＯＵから内部ＩＮに空気（外気）を導入可能である吸入開口部としても機能するものとして説明したがこれに限らない。チャンバー１１０の吸入開口部は、搬入開口部１１２とは別個に設けられてもよい。

以上の説明では、製造装置１００は、案内部材１４３を備えるものとして説明したが案内部材１４３を備えない構成であってもよい。

以上の説明では、チャンバー１１０は、内部ＩＮが大気圧よりも減圧されるものとして説明したがこれに限らない。

以上の説明では、帯電装置１４１は、図２、図３に例示した配置で複数（ここでは３つ）設けられるものとして説明したがこれに限らない。例えば、帯電装置１４１は、チャンバー１１０の内部ＩＮの空間全体をまかなえるものであれば１つであってもよい。また、帯電装置１４１は、チャンバー１１０の内部ＩＮに複数設けられる場合であっても、例えば、１つの帯電装置１４１によって活物質３２Ａの粒子、及び、金属箔層１４０の双方を帯電させる形態に限られない。例えば、帯電装置１４１は、チャンバー１１０の内部ＩＮを、活物質３２Ａの粒子を帯電させるための領域、金属箔層１４０を帯電させるための領域（言い換えれば、帯電した活物質３２Ａの粒子を電気的に集塵するための内面１１１ａ近傍の領域）等にゾーニングした上で、各領域にそれぞれ個別に設けられてもよい。そしてこの場合、各帯電装置１４１は、それぞれの領域の状態に応じて個別にその動作が制御されることで、活物質３２Ａの粒子、及び、金属箔層１４０を同じ極性（好適には同電位・同電荷）に帯電させるようにしてもよい。また、製造装置１００は、場合によっては、上述した案内部材１４３の他、活物質３２Ａの粒子、金属箔層１４０と同じ極性（好適には同電位・同電荷）に帯電し集塵ルートを制御する集塵ルート形成板が内部ＩＮに設けられていてもよい。

以上の説明では、活物質処理装置は、チャンバー１１０の内部ＩＮに電極形成部１００Ａが収容された製造装置（電池用電極製造装置に）１００に適用されるものとして説明したがこれに限らず、電極形成部１００Ａを備えずチャンバー１１０の内部ＩＮで粉体状の活物質３２Ａを扱う他の装置に適用されてもよい。

本実施形態に係る活物質処理装置、電池用電極製造装置、活物質処理方法、及び、電池用電極製造方法は、以上で説明した実施形態、変形例の構成要素を適宜組み合わせることで構成してもよい。

１０ 単電池
３０ 電極
３１Ａ 集電体（基材フィルム）
３２Ａ 活物質
４０ セパレータ
５０ 枠体
１００ 製造装置（電池用電極製造装置、活物質処理装置）
１００Ａ 電極形成部
１１０ チャンバー
１１１ 隔壁
１１１ａ 内面
１１２ 搬入開口部（吸入開口部）
１２０ 活物質供給装置
１３０ ロールプレス
１４０ 金属箔層
１４０ａ 絶縁層
１４１ 帯電装置
１４２ 排気装置
１４２ａ 吸引口部
１４２ｂ 排気配管
１４２ｃ 吸引源
１４３ 案内部材
１４３ａ 介在部
１４３ｂ 湾曲部
Ｄ１ 搬送方向
ＩＮ 内部
ＯＵ 外部

Claims (7)

1. 内部で粉体状の活物質を扱うチャンバーと、
   前記チャンバーの内面に対して絶縁されて設けられ当該内面を覆う金属箔層と、
   前記チャンバーの内部に設けられ、当該チャンバーの内部の空気中の前記活物質の粒子、及び、前記金属箔層を同じ極性に帯電させる帯電装置と、
   前記チャンバーの内部の空気を排気する排気装置とを備える、
   活物質処理装置。
2. 前記チャンバーは、内部が大気圧よりも減圧され、外部から内部に空気を導入可能である吸入開口部を有する、
   請求項１に記載の活物質処理装置。
3. 前記チャンバーの内部に設けられ、基材フィルム上に前記粉体状の活物質を供給して電極を形成する電極形成部を備える、
   請求項１又は請求項２に記載の活物質処理装置。
4. 前記チャンバーの内部に設けられ、前記活物質の粒子の流れを前記金属箔層側に向けて案内する案内部材を備える、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の活物質処理装置。
5. 内部が大気圧よりも減圧されたチャンバーと、
   前記チャンバーの内部に設けられ、基材フィルム上に粉体状の活物質を供給して電極を形成する電極形成部と、
   前記チャンバーの内面に対して絶縁されて設けられ当該内面を覆う金属箔層と、
   前記チャンバーの内部に設けられ、当該チャンバーの内部の空気中の前記活物質の粒子、及び、前記金属箔層を同じ極性に帯電させる帯電装置と、
   前記チャンバーの内部の空気を排気する排気装置とを備える、
   電池用電極製造装置。
6. 内部で粉体状の活物質を扱うチャンバーの内部で、当該チャンバーの内部の空気中の前記活物質の粒子、及び、当該チャンバーの内面に対して絶縁されて設けられ当該内面を覆う金属箔層を同じ極性に帯電させる帯電工程と、
   前記チャンバーの内部の空気を排気する排気工程とを含む、
   活物質処理方法。
7. 内部が大気圧よりも減圧されたチャンバーの内部で、基材フィルム上に粉体状の活物質を供給して電極を形成する電極形成工程と、
   前記チャンバーの内部で、当該チャンバーの内部の空気中の前記活物質の粒子、及び、当該チャンバーの内面に対して絶縁されて設けられ当該内面を覆う金属箔層を同じ極性に帯電させる帯電工程と、
   前記チャンバーの内部の空気を排気する排気工程とを含む、
   電池用電極製造方法。

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