JP2023003092A - 電池用電極製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池用電極の製造効率を改善しつつ、ローラへの活物質の付着とセパレータの皺とを抑制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】帯状の集電体に対して積層された活物質であって、内部が大気圧よりも減圧されたチャンバ内で搬送方向に搬送される活物質に対して、帯状のセパレータシートを前記搬送方向に搬送しながら重ね合わせることにより、セパレータを供給するセパレータ供給部と、複数の回転ローラと当該複数の回転ローラにより駆動される輪状部材とを含む圧縮部と、を備え、前記圧縮部において、当該輪状部材と前記セパレータとが接した状態で、前記セパレータを介して前記活物質を圧縮する、電池用電極製造装置。【選択図】図２

Description

本発明は、電池用電極製造装置に関する。

リチウムイオン電池は高容量の二次電池であり、近年様々な用途で使用されている。例えば、リチウムイオン電池は、集電体層、活物質層及びセパレータを積層した単セルを複数用いて構成される。このような単セルは、例えば特許文献１及び特許文献２に記載されているように、枚葉に製造することができる。具体的には、特許文献２に記載のように、集電体や活物質、セパレータを積層し、面プレスすることで、単セルにおける電池用電極を個別に製造することができる。但し、このような枚葉の手法は一般に時間がかかり、製造効率として高いとは言えない。

製造効率向上の観点から、電池用電極の製造を連続的に行なうことが考えられる。例えば、シート状の集電体に対して活物質を連続的に供給し、これらを連続的にロールプレスすることで、電池用電極の活物質層を効率的に形成することが考えられる。

特許第６６３３８６６号公報 特開２０１９－１８６００３号公報 特開２００１－１７６４８２号公報

ロールプレスによって活物質を圧縮する場合、ロールプレス用のローラの表面に活物質が付着してしまう場合がある。圧縮時にローラ表面に活物質が付着するとすれば、形成される活物質層の表面が不均一になったり、電池用電極における活物質の量が不安定になったりすることが懸念される。

ロールプレス時のローラ表面への活物質の付着を抑制するため、ローラと活物質との間にセパレータを挟んでプレスすることが考えられる。但し、この場合、プレス時にセパレータに波打ち（皺）が生じることが懸念される。

セパレータの皺への対策の１つとして、特許文献３に記載のように、セパレータに補強材を積層することが考えられる。しかしながら、このような補強材は、電池性能には寄与せず、また、電池が厚くなる要因となる。また、このような補強材を後に回収することとすれば、電池の製造に至るまでの工程が増加し、製造効率の観点から好ましくない。

本発明は、電池用電極の製造効率を改善しつつ、ローラへの活物質の付着とセパレータの皺とを抑制することができる電池用電極製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、帯状の集電体に対して積層された活物質であって、内部が大気圧よりも減圧されたチャンバ内で搬送方向に搬送される活物質に対して、帯状のセパレータシートを前記搬送方向に搬送しながら重ね合わせることにより、セパレータを供給するセパレータ供給部と、複数の回転ローラと当該複数の回転ローラにより駆動される輪状部材とを含む圧縮部と、を備え、前記圧縮部において、当該輪状部材と前記セパレータとが接した状態で、前記セパレータを介して前記活物質を圧縮する、電池用電極製造装置である。

本発明の電池用電極製造装置によれば、電池用電極の製造効率を改善しつつ、ローラへの活物質の付着とセパレータの皺とを抑制することができる。

図１は、実施形態の電池用電極製造装置を用いて製造される電池の単セルの断面模式図である。 図２は、同電池用電極製造装置の概略図である。 図３は、同電池用電極製造装置に含まれる圧縮装置を示す図である。 図４は、実施形態の補強シートを示す図である。 図５は、同電池用電極製造装置に含まれる圧縮装置及び高精度圧縮装置を示す図である。

（実施形態）
以下、図面を参照して、本発明を適用した実施形態について説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、一部を省略して図示している場合がある。

＜組電池（二次電池）＞
実施形態の電池用電極製造装置は、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（単セル又は電池セルとも記載する）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。

＜単セル（電池セル）＞
図１は、単セル１０の断面模式図である。単セル１０を複数組み合わせることで上記の組電池を作製することが可能である。例えば、単セル１０は、２つの電極（電池用電極）としての正極２０ａ及び負極２０ｂと、セパレータ３０とを有する。

セパレータ３０は、正極２０ａと負極２０ｂとの間に配置される。組電池において、複数の単セル１０は、正極２０ａと負極２０ｂとを同方向に向けて積層される。

セパレータ３０には、電解質が保持される。これにより、セパレータ３０は、電解質層として機能する。セパレータ３０は、正極２０ａ及び負極２０ｂの電極活物質層２２の間に配置され、これらが互いに接触することを抑制する。これにより、セパレータ３０は、正極２０ａと負極２０ｂとの間の隔壁として機能する。

セパレータ３０に保持される電解質としては、例えば、電解液またはゲルポリマー電解質などが挙げられる。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。セパレータの形態としては、例えば、上記電解質を吸収保持するポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータなどを挙げることができる。

正極２０ａ及び負極２０ｂは、それぞれ、集電体２１と、電極活物質層２２と、枠体３５とを有する。電極活物質層２２と集電体２１とは、セパレータ３０側からこの順に並ぶ。枠体３５は、額縁状（環状）である。枠体３５は、電極活物質層２２の周囲を囲む。正極２０ａの枠体３５と負極２０ｂの枠体３５とは、互いに溶着され一体化されている。以下の説明において、正極２０ａ及び負極２０ｂの電極活物質層２２を互いに区別する場合、これらをそれぞれ正極活物質層２２ａ、負極活物質層２２ｂと呼ぶ。

＜正極集電体の具体例＞
正極集電体層２１ａ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２１ａ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。また、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。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２１ａ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２１ａ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２１ａ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２２ａ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２２ａ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２２ａ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２２ａ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２２ａは、正極活物質層２２ａ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２２ａ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、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２１ａ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２２ａ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節したもの、及び、特開平１０－２５５８０５号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２２ａ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）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２２ａ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２１ａ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２２ａ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２１ｂ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２１ｂ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２１ｂ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２２ｂ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２２ｂを得る方法等は、正極活物質層２２ａ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２２ａ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２２ｂ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２２ａ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２２ｂ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２２ａ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２２ｂ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２２ａ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２２ｂ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３０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３０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３０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３５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３５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３５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。

＜製造装置及び電池用電極の製造方法＞
次に、本実施形態の製造装置及び電池用電極の製造方法（以下、製造方法と略して呼ぶ）について説明する。例えば、電池製造装置及び製造方法では、まず正極２０ａ及び負極２０ｂが製造される。正極２０ａの製造方法と負極２０ｂの製造方法とは、主に電極活物質層２２に含まれる電極活物質が異なる。ここでは、電極２０の製造方法として、正極２０ａ及び負極２０ｂの製造方法をまとめて説明する。

図２は、製造装置１０００の概略図である。例えば、製造装置１０００は、チャンバ１００、枠体供給装置２００、活物質供給装置３００、セパレータ供給装置４００及び圧縮装置５００を含む。セパレータ供給装置は、セパレータ供給部の一例である。圧縮装置５００は、圧縮部の一例である。

チャンバ１００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１００の内部は、図示しない減圧ポンプにより大気圧よりも減圧される。なお、標準大気圧は、約１０１３ｈＰａ（約１０^５Ｐａ）である。

例えば、チャンバ１００の外部に集電体ロール２１Ｒが配置され、集電体ロール２１Ｒから引き出された帯状の集電体２１Ｂが、スリットを通してチャンバ１００の内部に搬送される。なお、集電体２１Ｂは、前記集電体２１が所定の形状に切り出される前のものである。集電体２１Ｂは、搬送方向Ｄに沿って搬送される。例えば、集電体２１Ｂは、ベルトコンベア等の搬送装置によって、所定の速度で搬送される。以下では、集電体２１Ｂが搬送される方向を下流側Ｄ１、その反対方向を上流側Ｄ２として説明する。なお、集電体ロール２１Ｒが配置されるチャンバ１００の外部空間は、常圧であってもよいし、チャンバ１００と異なるチャンバによって減圧されていてもよい。

枠体供給装置２００は、搬送される集電体２１Ｂに対して枠体３５を供給する。なお、図２では枠体供給装置２００がチャンバ１００の内部に配置される場合を示すが、枠体供給装置２００はチャンバ１００の外部に配置されてもよい。例えば、枠体供給装置２００は、ロボットアームを有し、事前に製造された枠体３５を、搬送される集電体２１Ｂ上の所定の位置に配置する。なお、枠体３５を集電体２１Ｂに配置した後、集電体２１Ｂ及び枠体３５を挟み込むように、圧縮装置５００に含まれるローラと異なるローラで圧縮することとしてもよい。

なお、枠体３５を製造する方法については特に限定されるものではない。例えば、枠体３５は、高分子材料等の所定の材料から成るシート乃至ブロックに対する切削加工によって、所定の形状に形成することができる。一例を挙げると、枠体３５は、所定の材料から成る素材シートから打ち抜くことで得られる。

また、例えば、枠体３５は、射出成形等の枠型を用いた手法によって、所定の形状に形成することができる。一例を挙げると、所定の形状の内部空間を有する金型が事前に作製され、当該金型に対する射出成形を行なうことにより、枠体３５を所定の形状に形成することができる。

また、例えば、枠体３５は、基材上に所定の材料を吐出したり塗布したりすることで、所定の形状に形成することができる。一例を挙げると、枠体３５は、ディスペンサーによって所定の形状に形成することができる。即ち、ディスペンサーによる制御の下、ノズルから基材に対して所定の材料を所定の量だけ吐出させることにより、枠体３５を形成することができる。別の例を挙げると、スクリーン印刷機等のコーターによって、基材上に所定の材料を所定の形状に塗布することで、枠体３５を形成することができる。

より具体的には、枠体３５は、ディスペンサーやコーター等によって、基材上に、所定の材料を所定の形状となるように吐出又は塗布し、乾燥後に基材から剥離させることで形成することができる。或いは、枠体３５は、ディスペンサーやコーター等によって、基材上に、２液硬化樹脂やＵＶ硬化用樹脂といった所定の材料を所定の形状となるように吐出又は塗布し、硬化後に基材から剥離させることで形成することができる。

その他、枠体３５は、種々の手法によって所定の形状に形成することが可能である。例えば、所定の形状となるように、所定の材料から成るシート乃至ブロックを組むことによって、枠体３５を所定の形状に形成してもよい。また、例えば、所定の材料から成るシートを基材の長手方向に配置し、垂直方向に当該材料を吐出又は塗布することで、枠体３５を所定の形状に形成してもよい。或いは、枠体３５は、任意方式の３Ｄプリンタによって製造することもできる。

また、図２においては予め製造された枠体３５を集電体２１Ｂ上に置くものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、枠体３５は、集電体２１Ｂの上で製造されてもよい。一例を挙げると、集電体２１Ｂを基材とし、ディスペンサーやコーター等によって集電体２１Ｂ上に所定の材料を所定の形状に吐出又は塗布することで、集電体２１Ｂ上に枠体３５を形成することができる。

活物質供給装置３００は、図２に示す通り、チャンバ１００内で搬送される集電体２１Ｂ上に活物質２２Ｃを供給する。活物質２２Ｃは、電極活物質及び導電助剤を含む、複数の電極用造粒粒子のことを意味する。例えば、活物質供給装置３００は、内部に活物質を保持するホッパと、当該ホッパの開口を開閉するシャッタとを備える。活物質供給装置３００は、シャッタを開閉することにより、搬送される集電体２１Ｂ上の搬送方向Ｄにおける所望の位置に、所望の量の活物質２２Ｃを供給することができる。

図２に示す各工程の後、帯状の集電体２１Ｂを所定単位ごとに分割することで、図１に示した集電体層２１が形成される。活物質供給装置３００は、分割される前の集電体層２１（即ち、集電体２１Ｂ）に対して活物質２２Ｃを供給することで、集電体層２１と活物質２２Ｃとを含む部材が複数連なった部材シートを製造する。

セパレータ供給装置４００は、当該部材シートに対して、セパレータ３０を供給する。具体的には、セパレータ供給装置４００は、集電体２１Ｂに対して積層された活物質２２Ｃに対して、帯状のセパレータシート３０Ｂを搬送方向Ｄに搬送しながら重ね合わせることにより、セパレータ３０を供給する。例えば、セパレータ供給装置４００は、セパレータロール３０Ｒと、当該セパレータロール３０Ｒからセパレータシート３０Ｂを引き出す駆動機構とから構成される。セパレータ供給装置４００は、搬送方向Ｄに沿って所定速度で搬送される部材シートに対して、セパレータシート３０Ｂを同じ所定速度で搬送しながら重ね合わせる。より具体的には、セパレータ供給装置４００は、搬送される部材シートの上方に位置するローラを駆動機構として備え、当該ローラにより、セパレータシート３０Ｂを所定速度で搬送しながら部材シートに押し当てることで、部材シートに対してセパレータ３０を供給することができる。なお、後述する圧縮装置５００に含まれるローラの一部又は全部が、セパレータシート３０Ｂを所定速度で搬送するための駆動機構として機能する場合であっても構わない。

圧縮装置５００は、集電体２１Ｂ上に供給された活物質２２Ｃを圧縮することで、図１に示した活物質層２２を形成する。具体的には、圧縮装置５００は、ローラ５２２及びローラ５２３を含む。圧縮装置５００は、集電体層２１とセパレータ３０との間に活物質２２Ｃを挟んだ状態で、部材シート及びセパレータ３０を、ローラ５２２とローラ５２３とで挟み込んで圧縮することにより、図１に示した単セル１０のうち、一方の電極２０及びセパレータ３０から成る部材を製造する。なお、ローラ５２２は、第１のローラの一例である。また、ローラ５２３は、第２のローラの一例である。

図２に示したように、製造装置１０００は、集電体層２１、活物質層２２、セパレータ３０及び枠体３５を含む単セル１０の部材を、連続的に製造することができる。言い換えると、製造装置１０００は、セパレータ３０と重ねた状態の電極２０を、連続的に製造することができる。また、図２に示したように、製造装置１０００において、活物質２２Ｃの圧縮は、ローラ５２２と活物質２２Ｃとの間にセパレータ３０を挟んで行われる。従って、製造装置１０００は、ローラ５２２への活物質２２Ｃの付着を防ぐことができる。即ち、製造装置１０００は、活物質２２Ｃの圧縮により形成される活物質層２２の表面が不均一になったり、電極２０に含まれる活物質２２Ｃの量が不安定になったりすることを回避することができる。このように、製造装置１０００は、電極２０の製造効率を改善しつつ、ローラへの活物質の付着を抑制することができる。

更に、図２に示すように、圧縮装置５００は、ローラ５２１及び輪状部材５１１を備える。輪状部材５１１は、ゴム等で作製された変形可能な部材であり、ローラ５２１及びローラ５２２によって駆動される。即ち、輪状部材５１１は、ローラ５２１及びローラ５２２の回転を動力として、ローラ５２１及びローラ５２２の周囲で回転移動する。言い換えると、図２においては、輪状部材５１１とローラ５２１とローラ５２２とで、クローラが形成される。ローラ５２１は、第１のローラ（ローラ５２２）よりも搬送方向Ｄの上流側Ｄ２に位置する、第３のローラの一例である。

図２に示すように、セパレータ３０は、ローラ５２１の位置で輪状部材５１１に接する。即ち、ローラ５２１は、セパレータ供給装置４００から供給されたセパレータシート３０Ｂに対して、輪状部材５１１を押し当てて接触させる。その後、セパレータ３０は、ローラ５２２の位置まで搬送されて、輪状部材５１１及び部材シートとともに、ローラ５２２とローラ５２３とによって挟み込んで圧縮される。

このように、セパレータ３０は、ローラ５２１からローラ５２２までの区間において、輪状部材５１１によって保持される。セパレータ３０（セパレータシート３０Ｂ）は、一般に薄いシートであって容易に皺が生じてしまうが、プレス前に輪状部材５１１によって保持されることで、皺の発生が抑制される。

また、セパレータ３０は、一般に表面が滑らかであるため、例えばローラ５２２によってセパレータ３０を直接プレスしようとすると、ローラ５２２とセパレータ３０との間で滑りが生じ、皺が発生してしまう場合がある。ここで、輪状部材５１１を、例えばゴムのような柔軟な材質とすることで、ロールプレス時のローラ５２２に対するセパレータ３０の滑りが抑制され、ひいては皺の発生が抑制される。

また、輪状部材５１１は、ロールプレス時にセパレータ３０を補強するものであるが、ロールプレスが済んだ後はセパレータ３０から離れ、製品（単セル１０やこれらを組み合わせた組電池等）には含まれない。従って、製造装置１０００は、ローラ５２２への活物質の付着とセパレータ３０の皺とを抑制しつつも、電池用電極の製造効率及び品質を向上させることができる。

なお、輪状部材５１１のような部材については、時間の経過に伴って劣化するため、定期的に交換する必要がある。この際、ローラ５２１やローラ５２２についてまで交換する必要はなく、輪状部材５１１のみを新しいものに交換することができる。即ち、セパレータ３０の皺対策のため、例えばローラ５２２をゴムのような柔軟な材質とする場合、ローラ５２２それ自体を定期的に交換する必要が生じる。これに対して、図２に示すように、ローラ５２２を含む複数の回転ローラと輪状部材５１１とでクローラを構成するようにすることで、輪状部材５１１のみの交換を可能とし、製造装置１０００のメンテナンス費用を削減することができる。

なお、図２においては、圧縮装置５００に含まれる複数の回転ローラとして、３つのローラ（ローラ５２１、ローラ５２２、ローラ５２３）を図示した。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、圧縮装置５００に含まれる複数の回転ローラの配置や数については種々の変形が可能である。

例えば、圧縮装置５００は、図３に示すように、複数の回転ローラとして、ローラ５２４、ローラ５２５及びローラ５２６を更に備えてもよい。図３に示す場合、輪状部材５１１は、ローラ５２１、ローラ５２２、ローラ５２４、ローラ５２５及びローラ５２６によって駆動される。また、ローラ５２２及びローラ５２３は、輪状部材５１１がローラ５２２とセパレータ３０との間に位置した状態において、集電体層２１と当該集電体層２１に対して積層された活物質２２Ｃとを含む部材シート及びセパレータ３０を挟み込んで圧縮する。

或いは、輪状部材５１１は、単一の回転ローラによって駆動されてもよい。例えば、図２からローラ５２１を省略し、ローラ５２２の円周上に輪状部材５１１を取り付けることとしてもよい。この場合、プレス前（ローラ５２１からローラ５２２までの区間）においてセパレータ３０を輪状部材５１１で保持することはできなくなるが、ローラ５２２とセパレータ３０との間の滑りは抑制されるため、皺の発生を抑制することが可能である。

また、セパレータ３０の皺の発生を更に抑制するため、セパレータ３０に対して補強シートを設けることとしてもよい。図４に補強シートの一例を示す。図４では、セパレータシート３０Ｂの下面に第１の補強シート３１が設けられ、セパレータシート３０Ｂの上面に第２の補強シート３２が設けられている場合を示す。なお、図４では輪状部材５１１が単一の回転ローラによって駆動される場合を示すが、図２や図３と同様、輪状部材５１１は、複数の回転ローラによって駆動されてもよい。

第１の補強シート３１及び第２の補強シート３２は、例えば不織布である。ロールプレス時において、第１の補強シート３１は、セパレータ３０と活物質２２Ｃとの間に位置する。また、第２の補強シート３２は、セパレータ３０と輪状部材５１１との間に位置する。即ち、圧縮装置５００は、部材シートにおける活物質２２Ｃと第１の補強シート３１とが接し、且つ、輪状部材５１１と第２の補強シート３２とが接した状態において、部材シート及びセパレータ３０を挟み込んで圧縮する。

第１の補強シート３１及び第２の補強シート３２が設けられることによって、セパレータ３０は丈夫になり、皺が発生しにくくなる。また、第１の補強シート３１を不織布とすることで、セパレータ３０の活物質２２Ｃに対する滑り止めの効果も期待される。即ち、不織布は表面が粗く、ロールプレス時には活物質２２Ｃに食い込んで滑り止めとなる。これにより、セパレータ３０の皺の発生を更に抑制することができる。

なお、第１の補強シート３１及び第２の補強シート３２を不織布として説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、第１の補強シート３１及び第２の補強シート３２は、織られた布であってもよい。その他、電解質を保持してリチウムイオン伝導性を確保できる材質であれば、任意の材料を選択することができる。

また、セパレータ３０の両面に補強シートを設ける場合について説明したが、一方を省略することとしてもよい。例えば、セパレータ３０には、第１の補強シート３１のみが設けられてもよい。この場合、圧縮装置５００は、部材シートにおける活物質２２Ｃと第１の補強シート３１とが接し、且つ、輪状部材５１１とセパレータ３０とが接した状態において、部材シート及びセパレータ３０を挟み込んで圧縮する。

また、セパレータ３０の皺の発生を更に抑制するため、図２～図４に示した輪状部材５１１に代えて、凹凸が設けられた輪状部材５１２を使用することとしてもよい。図５に輪状部材５１２の一例を示す。図５に示すように、輪状部材５１２においては、セパレータ３０と接する側の面に凹凸が設けられる。なお、図５では輪状部材５１２が単一の回転ローラ（ローラ５２７）によって駆動される場合を示すが、図２や図３の輪状部材５１１と同様、輪状部材５１２は複数の回転ローラによって駆動されてもよい。

図５に示すローラ５２７及びローラ５２８は、輪状部材５１２がローラ５２７とセパレータ３０との間に位置した状態において、集電体層２１と当該集電体層２１に対して積層された活物質２２Ｃとを含む部材シート及びセパレータ３０を挟み込んで圧縮する。ここで、輪状部材５１２に凹凸が設けられたことにより、セパレータ３０及び活物質２２Ｃの表面には図５に示すように凹凸が生じ、セパレータ３０が活物質２２Ｃに対して食い込んだ状態となる。

図５に示す場合、製造装置１０００は、高精度圧縮装置５３を更に備える。図５に示す場合、高精度圧縮装置５３は、ローラ５３１及びローラ５３２の一対のローラから構成される。ローラ５３１及びローラ５３２は、圧縮装置５００によって圧縮された後の部材シート及びセパレータ３０を再度圧縮して、セパレータ３０を平らに整形する。即ち、図５に示す場合、凹凸が設けられた輪状部材５１２を含む圧縮装置５００によって圧縮されたことにより、セパレータ３０及び活物質２２Ｃの表面には凹凸が生じている。ローラ５３１及びローラ５３２は、再度の圧縮を行なうことにより、セパレータ３０及び活物質２２Ｃの表面に生じた凹凸を平らにする。

セパレータ３０に皺が生じるのは、通常、活物質２２Ｃの圧縮時と考えられる。例えば、ローラ５２７及びローラ５２８による活物質２２Ｃの圧縮時には、活物質２２Ｃの厚さが変化し、活物質２２Ｃの表面に配置されたセパレータ３０の位置も変化する。この変化に起因してセパレータ３０に皺が生じるおそれがある。しかしながら、図５に示す場合、セパレータ３０及び活物質２２Ｃの表面には凹凸が生じ、セパレータ３０が活物質２２Ｃに対して食い込んでいる。これにより、ローラ５２７及びローラ５２８による活物質２２Ｃの圧縮時におけるセパレータ３０の皺の発生は抑制される。なお、ローラ５３１及びローラ５３２による活物質２２Ｃの圧縮時には、活物質２２Ｃの厚さまでは変化しないため、通常、セパレータ３０に皺は生じないものと考えられる。

なお、輪状部材５１２に設けられる凹凸の形状については種々の変形が可能である。具体的には、図５に示したようなローラ５２７の回転軸に垂直な断面において、ローラ５２７の円周方向に沿った変化を含むパターンであれば、輪状部材５１２に設けられる凹凸の形状として採用可能である。

上述した各種圧縮工程の後、セパレータシート３０Ｂからセパレータ３０を切り出したり、枠体３５に対してセパレータ３０を熱シールしたり、帯状の集電体２１Ｂから集電体層２１を切り出したりして、電極２０が製造される。また、一対の電極２０（すなわち、正極２０ａ及び負極２０ｂ）を、セパレータ３０を介して互いに向かい合わせに積層するなどして、単セル１０が製造される。例えば、図２に示した各種工程により、正極２０ａ及び負極２０ｂの一方の電極２０と、セパレータ３０とが積層された部材が製造される。当該部材に対して、他方の電極２０を重ね合わせることにより、単セル１０を製造することができる。なお、当該他方の電極２０の製造方法については特に限定されるものではない。また、複数の単セル１０を厚さ方向に積層し、複数の単セル１０を外装体でシーリングすることなどにより、電池が製造される。

以上説明したように、実施形態の製造装置１０００は、帯状の集電体２１Ｂに対して積層された活物質２２Ｃであって、内部が大気圧よりも減圧されたチャンバ１００内で搬送方向Ｄに搬送される活物質２２Ｃに対して、帯状のセパレータシート３０Ｂを搬送方向Ｄに搬送しながら重ね合わせることにより、セパレータ３０を供給するセパレータ供給装置４００と、複数の回転ローラと当該複数の回転ローラにより駆動される輪状部材（輪状部材５１１又は輪状部材５１２）とを含む圧縮装置５００とを備える。また、圧縮装置５００は、当該輪状部材とセパレータ３０とが接した状態で、セパレータ３０を介して活物質２２Ｃを圧縮する。即ち、製造装置１０００は、圧縮部において、輪状部材とセパレータ３０とが接した状態で、セパレータ３０を介して活物質２２Ｃを圧縮する。これにより、製造装置１０００は、電池用電極の製造効率を改善しつつ、ローラへの活物質の付着とセパレータの皺とを抑制することができる。

また、製造装置１０００は、内部が大気圧よりも減圧されたチャンバ１００内で、集電体２１Ｂ上への活物質２２Ｃの供給や、活物質２２Ｃの圧縮を行なう。これにより、製造装置１０００は、活物質２２Ｃに空気が含まれにくくすることができる。従って、製造装置１０００は、活物質２２Ｃの圧縮後の各種工程や電池の使用時等において、空気の膨張によって活物質層２２の表面に凹凸が形成されるといった事態を回避することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。更に、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。例えば、実施形態では、枠体供給装置２００は、活物質供給装置３００よりも下流側Ｄ１に配置されてもよい。すなわち、集電体２１Ｂ上に活物質２２Ｃを供給した後で、集電体２１Ｂ上に枠体３５を供給してもよい。この場合、枠体供給装置２００は、集電体２１Ｂ上に供給された活物質２２Ｃが枠体３５の内部空間に入るように、集電体２１Ｂ上に枠体３５を供給する。この変形例のように構成することにより、集電体２１Ｂ上に活物質２２Ｃを供給した後で、集電体２１Ｂ上に枠体３５を供給することができる。また、集電体２１Ｂに枠体３５を供給する前に集電体２１Ｂ上にマスクを形成しておき、その後の任意のタイミングで、マスクの位置に枠体３５を供給してもよい。或いは、製造装置１０００は、枠体供給装置２００を備えなくてもよい。

１０ 単セル
２１Ｂ 集電体
２２Ｃ 活物質
３０ セパレータ
３０Ｂ セパレータシート
３５ 枠体
１００ チャンバ
２００ 枠体供給装置
３００ 活物質供給装置
４００ セパレータ供給装置
５００ 圧縮装置
５１１ 輪状部材
５１２ 輪状部材
５２１ ローラ
５２２ ローラ
５２３ ローラ
５２４ ローラ
５２５ ローラ
５２６ ローラ
５２７ ローラ
５２８ ローラ
５３ 高精度圧縮装置
５３１ ローラ
５３２ ローラ
１０００ 製造装置（電池用電極製造装置）
Ｄ 搬送方向
Ｄ１ 下流側
Ｄ２ 上流側

Claims (7)

1. 帯状の集電体に対して積層された活物質であって、内部が大気圧よりも減圧されたチャンバ内で搬送方向に搬送される活物質に対して、帯状のセパレータシートを前記搬送方向に搬送しながら重ね合わせることにより、セパレータを供給するセパレータ供給部と、
   複数の回転ローラと当該複数の回転ローラにより駆動される輪状部材とを含む圧縮部と、を備え、
   前記圧縮部において、当該輪状部材と前記セパレータとが接した状態で、前記セパレータを介して前記活物質を圧縮する、電池用電極製造装置。
2. 前記圧縮部は、
   前記複数の回転ローラに含まれる第１のローラと、当該第１のローラの対となる第２のローラとを含み、
   前記輪状部材が前記第１のローラと前記セパレータとの間に位置した状態において、前記第１のローラと前記第２のローラとによって前記集電体、前記活物質及び前記セパレータを挟み込んで圧縮する、請求項１に記載の電池用電極製造装置。
3. 前記圧縮部は、前記第１のローラよりも前記搬送方向の上流側に位置する、前記複数の回転ローラに含まれる第３のローラを含み、
   前記セパレータは、前記第３のローラの位置で前記輪状部材に接した後、前記第１のローラの位置まで搬送されて、前記輪状部材、前記集電体及び前記活物質とともに、前記第１のローラと前記第２のローラとによって挟み込んで圧縮される、請求項２に記載の電池用電極製造装置。
4. 前記セパレータにおける第１の面に補強シートが設けられ、
   前記圧縮部は、前記活物質と前記補強シートとが接した状態において、前記集電体、前記活物質及び前記セパレータを挟み込んで圧縮する、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池用電極製造装置。
5. 前記セパレータにおける第１の面に第１の補強シートが設けられ、当該第１の面の反対側の第２の面に第２の補強シートが設けられ、
   前記圧縮部は、前記活物質と前記第１の補強シートとが接し、且つ、前記輪状部材と前記第２の補強シートとが接した状態において、前記集電体、前記活物質及び前記セパレータを挟み込んで圧縮する、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池用電極製造装置。
6. 前記輪状部材において前記セパレータと接する側の面に凹凸が設けられる、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池用電極製造装置。
7. 前記圧縮部によって圧縮された後の前記集電体、前記活物質及び前記セパレータを再度圧縮して当該セパレータを平らに整形する高精度圧縮部を更に備える、請求項６に記載の電池用電極製造装置。

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