JP2022156610A - 電池用電極製造装置および電池用電極製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大気圧よりも減圧されたチャンバー内部空間へ搬送される基材フィルムの振動を抑制し、基材フィルムを安定的に搬送することができる電池用電極製造装置を提供する。【解決手段】電池用電極製造装置１は、内部空間２０ａが大気圧よりも減圧されており、かつ内部空間と外部空間２０ｂとを連通するスリット２０ｓを有するチャンバー２と、内部空間に配置され、スリットを介して外部空間から内部空間に搬送される帯状の基材フィルム２３に対して粉体状の活物質２５を供給する供給機構３と、外部空間に配置された外部ローラ４１と、内部空間におけるスリットと供給機構との間に配置された内部ローラ４２と、を有し、外部ローラおよび内部ローラによって基材フィルム２３に対してテンションを付加するテンション機構４と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電池用電極製造装置および電池用電極製造方法に関する。

従来、長尺の部材を搬送する技術がある。特許文献１には、真空チャンバー内においてロールツーロールの搬送経路に沿って搬送される長尺基材の表面処理装置が開示されている。また、従来、リチウムイオン電池を製造する技術がある。特許文献２には、第１の集電体、正極活物質、セパレータ、負極活物質、及び、第２の集電体、を有する電池構造体を製造する技術が開示されている。特許文献２に記載された製造工程は、集電体シート上に、正極活物質又は負極活物質を供給する工程を有する。

特開２０１８－０３１０４０号公報 特許第６６３３８６６号公報

ここで、リチウムイオン電池の製造工程における基材フィルムへの活物質の供給を、内部空間が大気圧よりも減圧されたチャンバー内で行う、という考え方がある。この考え方によれば、チャンバー内への不純物の混入等を予防して、電池用電極の品質を向上させることができる。

上記チャンバー内で電池用電極を製造する場合に当該製造効率を向上させるためには、チャンバー外（常圧環境下）からチャンバー内（減圧環境下）に基材フィルムを連続的に供給し、チャンバー内に導入された基材フィルムに対して活物質を供給していく必要がある。本発明者らは、内部空間が大気圧よりも減圧されたチャンバーにスリットを設け、当該スリットを介して、チャンバーの外部空間から内部空間に基材フィルムを搬送する構成を見出した。

しかし、本発明者らが見出した構成によれば、外部空間からチャンバーの内部空間へ向けて基材フィルムを搬送する場合に、スリットを介して減圧されたチャンバー内に空気が流入することにより基材フィルムが振動（例えば、発生する渦等に起因する振動）することがある。特許文献１には、真空チャンバー内においてロールツーロールの搬送経路に沿って長尺基材を搬送する技術が開示されているにすぎず、外部空間からチャンバーの内部空間へ長尺基材を搬送する場合に、基材の振動を抑制することの課題を解決することが望まれている。

本発明の目的は、大気圧よりも減圧されたチャンバー内部空間へ搬送される基材フィルムの振動を抑制し、基材フィルムを安定的に搬送することができる電池用電極製造装置および電池用電極製造方法を提供することである。

本発明の電池用電極製造装置は、内部空間が大気圧よりも減圧されており、かつ前記内部空間と外部空間とを連通するスリットを有するチャンバーと、前記内部空間に配置され、前記スリットを介して前記外部空間から前記内部空間に搬送される帯状の基材フィルムに対して粉体状の活物質を供給する供給機構と、前記外部空間に配置された外部ローラと、前記内部空間における前記スリットと前記供給機構との間に配置された内部ローラと、を有し、前記外部ローラおよび前記内部ローラによって前記基材フィルムに対してテンションを付加するテンション機構と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る電池用電極製造装置は、大気圧よりも減圧されたチャンバー内部空間へ搬送される基材フィルムの振動を抑制し、基材フィルムを安定的に搬送できるという効果を奏する。

図１は、リチウムイオン単電池の概略構成図である。 図２は、実施形態に係る電池用電極製造装置の概略構成図である。 図３は、実施形態に係る部材シート製造装置の斜視図である。 図４は、実施形態に係るテンション機構を示す図である。 図５は、カルマン渦の説明図である。 図６は、実施形態の第１変形例に係るテンション機構を示す図である。 図７は、実施形態の第１変形例に係るテンション機構を示す図である。 図８は、実施形態の第２変形例に係るテンション機構を示す図である。

以下に、本発明の実施形態に係る電池用電極製造装置および電池用電極製造方法につき図面を参照しつつ詳細に説明する。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、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できる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１から図５を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、電池用電極製造装置および電池用電極製造方法に関する。

（組電池）
本実施形態の電池用電極製造装置および電池用電極製造方法は、例えば、リチウムイオン電池の製造に適用される。リチウムイオン電池は、複数のリチウムイオン単電池（電池セル）を組み合わせてモジュール化した組電池、或いは、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される。

（リチウムイオン単電池）
次に、リチウムイオン単電池について説明する。リチウムイオン単電池は、例えば、正極集電体層、正極活物質層、セパレータ、負極活物質層及び負極集電体層が順に積層され、上記正極集電体層と上記負極集電体層とを最外層に有し、上記正極活物質層及び上記負極活物質層の外周を封止することで電解液が封入された構成である。

図１は、リチウムイオン単電池１０の概略構成図である。リチウムイオン単電池１０は、正極集電体層１１１、正極活物質層１１３、セパレータ１３０、負極活物質層１２３及び負極集電体層１２１が図１に示す順に積層される。即ち、正極集電体層１１１及び負極集電体層１２１が最外層に配置される。また、枠体１４０は、正極集電体層１１１及び負極集電体層１２１の縁部（正極活物質層１１３及び負極活物質層１２３の外周）を封止する。正極活物質層１１３及び負極活物質層１２３には、電解液が封入される。

（正極集電体）
正極集電体層１１１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１１１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。

正極集電体層１１１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１１１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）
正極活物質層１１３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１１３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１１３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１１３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１１３は、正極活物質層１１３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１１３にする等の方法で得ることができる。

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。

正極活物質層１１３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１１３の厚みは、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）
負極集電体層１２１としては、正極集電体層１１１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１２１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１２１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）
負極活物質層１２３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１２３を得る方法等は、正極活物質層１１３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１１３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。

負極活物質層１２３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１１３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１２３の厚みは、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）
セパレータ１３０としては、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）
リチウムイオン単電池１０は、正極集電体層１１１及び負極集電体層１２１の縁部を枠体１４０により封止することで電解液が封入された構成である。枠体１４０は、正極集電体層１１１及び負極集電体層１２１の間に配置されており、正極活物質層１１３、負極活物質層１２３及びセパレータ１３０の外周を封止する機能を有する。

なお、図１は、セパレータ１３０の一部が枠体１４０に入り込むように構成される場合を示している。即ち、図１では、枠体１４０に外周を囲まれる正極活物質層１１３及び負極活物質層１２３と比較してセパレータ１３０の幅が大きくなっており、その一部が枠体１４０に食い込んでいる。しかしながら実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、図１の横方向において正極活物質層１１３、負極活物質層１２３、セパレータ１３０の幅が同じになるように構成してもよい。また、図１に示す枠体１４０は一体的に製造されてもよいし、例えば正極側の枠体と負極側の枠体とを別個に製造して結合させることにより製造されてもよい。

枠体１４０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、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。具体的には、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。

枠体１４０は、フレーム状の部材である。リチウムイオン単電池１０を製造する過程において、枠体１４０は、正極集電体層１１１又は負極集電体層１２１のいずれかに対して取り付けられる。なお、以下の説明において正極側と負極側とを特に区別しない場合、正極集電体層１１１及び負極集電体層１２１を単に集電体とも記載する。即ち、枠体１４０は、正極側又は負極側の集電体に対して取り付けられる。また、枠体１４０の内部に正極活物質層１１３、負極活物質層１２３、セパレータ１３０等を形成した後、他方の集電体を更に形成することでリチウムイオン単電池１０を製造することができる。

図２に示すように、本実施形態に係る電極製造システム１００は、電池用電極製造装置１およびフィルム供給装置３０を有する。フィルム供給装置３０は、帯状の基材フィルム２３を電池用電極製造装置１に対して供給する装置である。フィルム供給装置３０は、例えば、ロールに巻かれた基材フィルム２３を送り出す。なお、帯状の基材フィルム２３の例としては、集電体、セパレータ、転写用のフィルムが挙げられる。基材フィルム２３が転写用のフィルムである場合、転写用のフィルム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。

図２に示すように、電池用電極製造装置１は、チャンバー２と、供給機構３と、テンション機構４と、ロールプレス５と、タンク６と、枠体供給装置８と、を有する。チャンバー２は、内部を大気圧よりも減圧された状態に保持できる部屋である。チャンバー２は、閉空間を形成する筐体２０を有する。チャンバー２の内部空間２０ａは、図示しない減圧ポンプにより大気圧よりも減圧される。内部空間２０ａ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。なお、標準大気圧は、約１０１３ｈＰａ（約１０^５Ｐａ）である。

筐体２０は、スリット２０ｓを有する。スリット２０ｓは、筐体２０が有する一つの側壁２０ｗに配置されている。例示されたスリット２０ｓは、基材フィルム２３の搬送方向Ｘに沿って側壁２０ｗを貫通している。搬送方向Ｘは、例えば、鉛直方向Ｚに対して直交する方向である。側壁２０ｗを正面視した場合のスリット２０ｓの形状は、例えば、矩形である。基材フィルム２３は、筐体２０の外部空間２０ｂからスリット２０ｓを介して内部空間２０ａに搬送される。スリット２０ｓの幅は、基材フィルム２３の幅よりもわずかに大きい。また、スリット２０ｓの高さは、基材フィルム２３の厚さよりもわずかに大きい。

枠体供給装置８は、筐体２０の内部空間２０ａに配置されている。例示された枠体供給装置８は、側壁２０ｗと供給機構３との間に配置されている。枠体供給装置８は、搬送される基材フィルム２３に対して枠体１４０を供給し、基材フィルム２３に枠体１４０を設置する。枠体１４０は、基材フィルム２３と共に搬送方向Ｘに沿って搬送される。

供給機構３は、筐体２０の内部空間２０ａに配置されている。供給機構３は、搬送される基材フィルム２３に対して粉体状の活物質２５を供給する。より詳しくは、供給機構３は、基材フィルム２３に設置された枠体１４０に対して活物質２５を供給する。粉体状の活物質２５は、外部空間２０ｂに配置されたタンク６に貯留されている。供給機構３は、タンク６から送られる活物質２５を枠体１４０の内部に充填し、活物質２５を基材フィルム２３に塗布する。

ロールプレス５は、搬送方向Ｘにおいて供給機構３の下流側に配置されている。ロールプレス５は、基材フィルム２３に塗布された活物質２５をプレス成型する。ロールプレス５は、活物質２５を帯状の基材フィルム２３に定着させる役割を有する。本実施形態の電池用電極製造装置１は、活物質２５の塗布およびプレス成型の工程を減圧された内部空間２０ａにおいて行なう。これにより、活物質２５の内部に空気が残留することを抑制し、プレス終了後における活物質２５の膨張や変形を防止することができる。

なお、枠体供給装置８は、供給機構３よりも下流側において基材フィルム２３に枠体１４０を設置してもよい。例えば、枠体供給装置８は、供給機構３とロールプレス５との間に配置されてもよいし、ロールプレス５の下流側に配置されてもよいし、或いは、ロールプレス５の下流側であって筐体２外部に配置されてもよい。また、本実施形態に係る電池用電極製造装置又は電池用電極製造方法は、枠体供給装置又は枠体供給工程を含まなくてもよい。例えば、基材フィルム２３として転写用のフィルムが用いられる場合には、転写用のフィルム上に活物質層（電極組成物層）が形成された後（つまり、電極製造工程を終了した後）、当該電極組成物層が転写された集電体上に、又は、当該電極組成物層が転写される前の集電体上に、枠体が配置されてもよい。

筐体２の内部において基材フィルム２３に対して枠体１４０を供給することに代えて、筐体２の外部において基材フィルム２３に枠体１４０が設置されてもよい。この場合、フィルム供給装置３０に代えて、図３に示す部材シート製造装置３２が用いられてもよい。部材シート製造装置３２は、帯状の基材フィルム２３に対し複数の枠体１４０を順次転写して部材シート２４を製造する装置である。図３に示すように、部材シート製造装置３２は、転写装置３２２を有する。転写装置３２２は、転写シート２２の枠体１４０を帯状の基材フィルム２３に対して転写する装置である。転写シート２２は、フィルム２１に対して複数の枠体１４０が連続的に配置されたシートである。複数の枠体１４０は、フィルム２１に対して圧着されている。部材シート製造装置３２は、ロール２２’から転写シート２２を引き出し、転写シート２２の枠体１４０を基材フィルム２３に転写する。

転写装置３２２は、転写機構３２２１および分離機構３２２２を有する。転写機構３２２１は、転写シート２２と帯状の基材フィルム２３とを圧着する。例えば、転写機構３２２１は、転写シート２２と帯状の基材フィルム２３とを挟み込んで加圧するプレスロールであり、帯状の基材フィルム２３に対して転写シート２２の枠体１４０を接着させる。基材フィルム２３は、電池用電極製造装置１の搬送ローラによって予め定められた搬送速度で搬送されている。部材シート製造装置３２は、転写シート２２を基材フィルム２３と同じ速度で並走させながら、転写機構３２２１によって枠体１４０を基材フィルム２３に圧着させる。

分離機構３２２２は、基材フィルム２３に対して圧着された枠体１４０をフィルム２１から分離させる。つまり、分離機構３２２２は、枠体１４０からフィルム２１を剥離させることにより、部材シート２４を生成する。分離機構３２２２は、枠体１４０から分離させたフィルム２１について、図３に示す通りロール状に巻き取ることとしても構わない。枠体１４０が取り付けられた基材フィルム２３は、スリット２０ｓを介して筐体２の内部に搬送される。

テンション機構４は、基材フィルム２３に対してテンションを付加する。図２に示すように、テンション機構４は、外部ローラ４１と、内部ローラ４２と、を有する。外部ローラ４１は、筐体２０の外部空間２０ｂに配置されている。内部ローラ４２は、筐体２０の内部空間２０ａに配置されている。内部空間２０ａにおける内部ローラ４２の位置は、搬送方向Ｘにおけるスリット２０ｓと供給機構３との間の位置である。つまり、内部ローラ４２は、供給機構３に対して搬送方向Ｘの上流側に位置している。

外部ローラ４１、スリット２０ｓ、および内部ローラ４２は、搬送方向Ｘに沿って直線上に配置されている。このような配置により、搬送方向Ｘに沿った直線の搬送路において基材フィルム２３にテンションＦｔを与えることができる。

図４に示すように、外部ローラ４１は、第一ローラ４１ａおよび第二ローラ４１ｂを有する。第一ローラ４１ａは基材フィルム２３の搬送路に対して上側に配置され、第二ローラ４１ｂは搬送路に対して下側に配置されている。外部ローラ４１は、第一ローラ４１ａおよび第二ローラ４１ｂによって基材フィルム２３を挟み込む。例示された外部ローラ４１では、第一ローラ４１ａの外径と第二ローラ４１ｂの外径とが等しい。外部ローラ４１は、例えば、ブレーキローラである。すなわち、外部ローラ４１は、基材フィルム２３に対して搬送方向Ｘとは逆方向のブレーキ力Ｆｂを与えるように構成されている。例えば、外部ローラ４１は、ブレーキ力Ｆｂに応じた回転抵抗を有している。

内部ローラ４２は、押圧ローラ４２ａ、駆動ローラ４２ｂ、およびモータ４２ｃを有する。例示された内部ローラ４２では、押圧ローラ４２ａが基材フィルム２３の搬送路に対して上側に配置され、駆動ローラ４２ｂが搬送路に対して下側に配置されている。駆動ローラ４２ｂは、キャプスタンのごとき部材であり、例えば、円柱形状の金属軸である。モータ４２ｃは、駆動ローラ４２ｂを回転させる回転モータである。駆動ローラ４２ｂは、モータ４２ｃの出力軸に連結されていてもよく、減速機構を介してモータ４２ｃの出力軸に連結されてもよい。押圧ローラ４２ａは、駆動ローラ４２ｂに向けて基材フィルム２３を押圧するローラである。押圧ローラ４２ａの外径は、駆動ローラ４２ｂの外径よりも大きい。内部ローラ４２は、押圧ローラ４２ａを駆動ローラ４２ｂに向けて付勢するばねを有していてもよい。

駆動ローラ４２ｂは、基材フィルム２３に対して搬送方向Ｘに沿った駆動力Ｆｆを与える。内部ローラ４２は、基材フィルム２３を搬送する搬送ローラとしての機能を有する。テンション機構４は、駆動力Ｆｆおよびブレーキ力Ｆｂにより、基材フィルム２３に対してテンションＦｔを付加する。テンションＦｔは、基材フィルム２３のうち外部ローラ４１と内部ローラ４２との間に位置する対象部分２４ｍに発生する。本実施形態の電池用電極製造装置１は、以下に説明するように、カルマン渦等に起因する基材フィルム２３の振動を抑制することができる。

図５には、筐体２０の外部空間２０ｂから内部空間２０ａへ流入する空気の流れＡｆが示されている。空気の流れＡｆは、外部空間２０ｂと内部空間２０ａとの圧力差によって生じる。外部空間２０ｂの気圧は、例えば、大気圧である。外部空間２０ｂの空気は、スリット２０ｓを介して搬送方向Ｘに沿って内部空間２０ａに侵入する。スリット２０ｓには、スリット２０ｓの壁面に沿った境界層ＢＬが形成される。

また、スリット２０ｓよりも搬送方向Ｘの下流側には、カルマン渦Ｋｖが発生する。カルマン渦Ｋｖは、基材フィルム２３の上側、および下側に交互に生成される。基材フィルム２３の上側には第一の渦列ＶＬ１が発生し、基材フィルム２３の下側には第二の渦列ＶＬ２が発生する。本実施形態の電池用電極製造装置１は、カルマン渦Ｋｖによる基材フィルム２３の振動をテンションＦｔによって抑制することができる。テンション機構４は、基材フィルム２３に対してテンションＦｔを与えることにより、基材フィルム２３の振動を抑制する。例えば、テンションＦｔは、基材フィルム２３にテンションＦｔが付加されていない場合と比較して、鉛直方向Ｚにおける基材フィルム２３の振幅を小さくすることができる。

また、テンション機構４は、基材フィルム２３における振動の伝播を抑制することができる。例えば、内部ローラ４２は、対象部分２４ｍにおいて発生した振動を内部ローラ４２において吸収することができる。振動を吸収する構成として、例えば、押圧ローラ４２ａが弾性を有するゴム等の樹脂によって形成されてもよい。内部ローラ４２は、対象部分２４ｍの振動が内部ローラ４２よりも下流側へ伝播することを抑制する。また、外部ローラ４１は、対象部分２４ｍの振動が外部ローラ４１よりも上流側へ伝播することを抑制する。

テンション機構４は、対象部分２４ｍの固有振動数νをカルマン渦Ｋｖによる振動周波数ｆｋからずらすようにテンションＦｔを付加することが好ましい。カルマン渦Ｋｖによる振動周波数ｆｋは、例えば、カルマン渦Ｋｖが発生する周期に応じた周波数である。振動周波数ｆｋは、理論的に求められてもよく、実験的に求められてもよい。振動周波数ｆｋは、例えば、外部空間２０ｂと内部空間２０ａとの圧力差、スリット２０ｓの断面形状、搬送方向Ｘに沿ったスリット２０ｓの長さ、スリット２０ｓの壁面の粗度、基材フィルム２３の厚さ等に基づいて算出されてもよい。

対象部分２４ｍの固有振動数νは、搬送方向Ｘに沿った対象部分２４ｍの長さＬｘ、およびテンションＦｔの大きさによって調節することが可能である。本実施形態のテンション機構４は、振動周波数ｆｋに対して、固有振動数νをずらすように構成されている。また、テンション機構４は、振動周波数ｆｋに対して固有振動数νの倍数をずらすように構成されている。よって、本実施形態の電池用電極製造装置１は、カルマン渦Ｋｖによる基材フィルム２３の共振の発生を好適に抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る電池用電極製造装置１は、スリット２０ｓを有するチャンバー２と、供給機構３と、テンション機構４と、を有する。チャンバー２は、内部空間２０ａが大気圧よりも減圧されている。スリット２０ｓは、チャンバー２の内部空間２０ａと外部空間２０ｂとを連通している。供給機構３は、内部空間２０ａに配置されている。供給機構３は、スリット２０ｓを介して外部空間２０ｂから内部空間２０ａに搬送される帯状の基材フィルム２３に対して粉体状の活物質２５を供給する。基材フィルムは２３、例えば、集電体であるが、これに限らず、セパレータや転写用のフィルム等であってもよい。本実施形態のようにスリット２０ｓを介してチャンバー２の外部空間２０ｂから内部空間２０ａに基材フィルム２３を連続的に供給する構成によれば、電池用電極の製造効率を向上させることができる。

テンション機構４は、外部空間２０ｂに配置された外部ローラ４１と、内部空間２０ａにおけるスリット２０ｓと供給機構３との間に配置された内部ローラ４２と、を有する。テンション機構４は、外部ローラ４１および内部ローラ４２によって基材フィルム２３に対してテンションＦｔを付加する。つまり、テンション機構４は、テンション機構４が無い場合と比較して基材フィルム２３のテンションを増加させる。本実施形態の電池用電極製造装置１は、テンションＦｔを付加することによって、大気圧よりも減圧されたチャンバー内部空間へ搬送される基材フィルム２３の振動を抑制することができる。

本実施形態に係る電池用電極製造装置１は、基材フィルム２３の振動を抑制することにより、基材フィルム２３の搬送速度を安定させることができる。つまり、電池用電極製造装置１は、基材フィルム２３を安定的に搬送できる。よって、本実施形態に係る電池用電極製造装置１は、基材フィルム２３に対して活物質２５を供給する供給工程の安定性を向上させることができる。

本実施形態の外部ローラ４１および内部ローラ４２は、それぞれ基材フィルム２３を挟み込むローラ対を有する。外部ローラ４１は、基材フィルム２３を挟み込む第一ローラ４１ａおよび第二ローラ４１ｂを有する。内部ローラ４２は、基材フィルム２３を挟み込む押圧ローラ４２ａおよび駆動ローラ４２ｂを有する。外部ローラ４１および内部ローラ４２がそれぞれローラ対によって基材フィルム２３を挟み込むことで、テンション機構４の大型化を抑制しつつ所望のテンションＦｔを付加することが可能となる。

本実施形態の内部ローラ４２は、基材フィルム２３に対して搬送方向Ｘの駆動力Ｆｆを与える駆動ローラ４２ｂを有する。外部ローラ４１は、基材フィルム２３に対して搬送方向Ｘとは逆方向のブレーキ力Ｆｂを与える。このような構成により、内部ローラ４２は、基材フィルム２３を搬送する搬送ローラとして機能することができる。

本実施形態のテンション機構４は、外部ローラ４１と内部ローラ４２との間における基材フィルム２３の固有振動数νをスリット２０ｓにおいて発生するカルマン渦Ｋｖによる振動周波数ｆｋとは異ならせるテンションＦｔを基材フィルム２３に対して付加する。よって、外部ローラ４１と内部ローラ４２との間における基材フィルム２３の振動が効果的に抑制される。

本実施形態に係る電池用電極製造方法は、テンションを付加する工程と、供給する工程と、を有する。テンションを付加する工程では、チャンバー２の内部空間２０ａへチャンバー２のスリット２０ｓを介して搬送される帯状の基材フィルム２３に対してテンションＦｔが付加される。チャンバー２の内部空間２０ａは、大気圧よりも減圧されている。供給する工程では、基材フィルム２３に対して内部空間２０ａにおいて粉体状の活物質２５が供給される。

テンションを付加する工程において、チャンバー２の外部空間２０ｂに配置された外部ローラ４１と、内部空間２０ａに配置された内部ローラ４２と、によって基材フィルム２３に対してテンションＦｔが付加される。供給する工程において、内部ローラ４２を通過した後の基材フィルム２３に対して活物質２５が供給される。本実施形態に係る電池用電極製造方法は、スリット２０ｓを通過して大気圧よりも減圧されたチャンバー内部空間へ搬送される基材フィルム２３の振動を抑制し、基材フィルム２３を安定的に搬送することができる。

［実施形態の第１変形例］
実施形態の第１変形例について説明する。図６は、実施形態の第１変形例に係るテンション機構を示す図である。図６に示すテンション機構４において、上記実施形態のテンション機構４と異なる点は、内部ローラ４２の構成である。図６に示す内部ローラ４２は、第一ローラ４２ｄおよび第二ローラ４２ｅを有する。内部ローラ４２は、第一ローラ４２ｄおよび第二ローラ４２ｅによって基材フィルム２３を挟み込む。例示された内部ローラ４２では、第一ローラ４２ｄおよび第二ローラ４２ｅの外径が等しい。

内部ローラ４２において、第一ローラ４２ｄおよび第二ローラ４２ｅの何れかが駆動ローラであってもよい。例えば、第一ローラ４２ｄが駆動ローラとして基材フィルム２３に対して駆動力Ｆｆを与えてもよい。この場合、第二ローラ４２ｅは従動ローラであってもよい。

第１変形例のテンション機構４において、図７に示すように、外部ローラ４１および内部ローラ４２の両方がブレーキローラであってもよい。この場合、テンション機構４よりも搬送方向Ｘの下流側に基材フィルム２３を搬送する搬送ローラ７が設けられることが望ましい。外部ローラ４１は、基材フィルム２３に対してブレーキ力Ｆｂ１を与え、内部ローラ４２は基材フィルム２３に対してブレーキ力Ｆｂ２を与える。外部ローラ４１によるブレーキ力Ｆｂ１は、内部ローラ４２によるブレーキ力Ｆｂ２よりも大きくされる。

図７に示すテンション機構４は、対象部分２４ｍにテンションＦｔ１を付加する。テンション機構４は、更に、内部ローラ４２よりも搬送方向Ｘの下流側にテンションＦｔ２を付加することができる。下流側に付加されるテンションＦｔ２は、例えば、対象部分２４ｍに付加されるテンションＦｔ１よりも小さい。

［実施形態の第２変形例］
実施形態の第２変形例について説明する。図８は、実施形態の第２変形例に係るテンション機構を示す図である。図８に示すテンション機構４において、上記第１変形例のテンション機構４と異なる点は、外部ローラ４１の構成である。

図８に示す外部ローラ４１は、第一ローラ４１ｃ、第二ローラ４１ｄ、および第三ローラ４１ｅを有する。外部ローラ４１は、第一ローラ４１ｃ、第二ローラ４１ｄ、および第三ローラ４１ｅによって基材フィルム２３を蛇行させる。第一ローラ４１ｃおよび第三ローラ４１ｅは、搬送方向Ｘに沿ったスリット２０ｓの延長線上に配置される。鉛直方向Ｚにおける第二ローラ４１ｄの位置は、二つのローラ４１ｃ，４１ｅに対してずれた位置である。

外部ローラ４１は、例えば、第一ローラ４１ｃおよび第三ローラ４１ｅに対する基材フィルム２３の接触角を９０度とし、第二ローラ４１ｄに対する基材フィルム２３の接触角を１８０度とするように構成される。テンション機構４は、例えば、内部ローラ４２によって基材フィルム２３に駆動力Ｆｆを与える。外部ローラ４１は、基材フィルム２３を蛇行させることにより、基材フィルム２３の対象部分２４ｍにテンションＦｔを発生させる。なお、テンション機構４は、第二ローラ４１ｄに配置されたばねを有していてもよい。この場合、テンション機構４は、第二ローラ４１ｄのばねによってテンションＦｔの大きさを調節することができる。

［実施形態の第３変形例］
実施形態の第３変形例について説明する。上記実施形態および各変形例において、外部ローラ４１および内部ローラ４２の両方が駆動ローラを有していてもよい。

上記の実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。

１：電池用電極製造装置、 ２：チャンバー、 ３：供給機構
４：テンション機構、 ５：ロールプレス、 ６：タンク
７：搬送ローラ、 ８：枠体供給装置
１０：リチウムイオン単電池、 １１：外層フィルム、 １２：電流取り出し部
２０：筐体、 ２０ａ：内部空間、 ２０ｂ：外部空間、 ２０ｓ：スリット
２１：フィルム、 ２２：転写シート、 ２３：基材フィルム、 ２４：部材シート
２４ｍ：対象部分
３０：フィルム供給装置、 ３２：部材シート製造装置
４１：外部ローラ、 ４１ａ：第一ローラ、 ４１ｂ：第二ローラ
４２：内部ローラ、 ４２ａ：押圧ローラ、 ４２ｂ：駆動ローラ
４２ｃ：モータ
６０：組電池
１００：電極製造システム
１１１：正極集電体層、 １１３：正極活物質層、 １２１：負極集電体層
１２３：負極活物質層、 １３０：セパレータ、 １４０：枠体
３２２：転写装置、 ３２２１：転写機構、 ３２２２：分離機構
Ａｆ：空気の流れ、 ＢＬ：境界層、 Ｋｖ：カルマン渦
Ｆｂ：ブレーキ力Ｆｂ、 Ｆｆ：駆動力
ＶＬ１：第一の渦列、 ＶＬ２：第二の渦列
Ｘ：搬送方向、 Ｚ：鉛直方向

Claims (5)

1. 内部空間が大気圧よりも減圧されており、かつ前記内部空間と外部空間とを連通するスリットを有するチャンバーと、
   前記内部空間に配置され、前記スリットを介して前記外部空間から前記内部空間に搬送される帯状の基材フィルムに対して粉体状の活物質を供給する供給機構と、
   前記外部空間に配置された外部ローラと、前記内部空間における前記スリットと前記供給機構との間に配置された内部ローラと、を有し、前記外部ローラおよび前記内部ローラによって前記基材フィルムに対してテンションを付加するテンション機構と、
   を備えた電池用電極製造装置。
2. 前記外部ローラおよび前記内部ローラは、それぞれ前記基材フィルムを挟み込むローラ対を有する
   請求項１に記載の電池用電極製造装置。
3. 前記内部ローラは、前記基材フィルムに対して搬送方向の駆動力を与える駆動ローラを有し、
   前記外部ローラは、前記基材フィルムに対して前記搬送方向とは逆方向のブレーキ力を与える
   請求項１または２に記載の電池用電極製造装置。
4. 前記テンション機構は、前記外部ローラと前記内部ローラとの間における前記基材フィルムの固有振動数を前記スリットにおいて発生するカルマン渦による振動周波数とは異ならせるテンションを前記基材フィルムに対して付加する
   請求項１から３の何れか１項に記載の電池用電極製造装置。
5. 大気圧よりも減圧されているチャンバーの内部空間へ前記チャンバーのスリットを介して搬送される帯状の基材フィルムに対してテンションを付加する工程と、
   前記基材フィルムに対して前記内部空間において粉体状の活物質を供給する工程と、
   を含み、
   前記テンションを付加する工程において、前記チャンバーの外部空間に配置された外部ローラと、前記内部空間に配置された内部ローラと、によって前記基材フィルムに対してテンションを付加し、
   前記供給する工程において、前記内部ローラを通過した後の前記基材フィルムに対して前記活物質を供給する
   電池用電極製造方法。

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