JP2023051209A - 電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮後の活物質層の形状を精度良く整えること。【解決手段】電池用電極製造装置は、搬送方向に搬送される帯状の基材フィルム上に、活物質及び電解液を含んだ湿潤粉体である電極組成物を供給する供給部と、前記基材フィルム及び前記電極組成物を挟み込んで圧縮する圧縮部とを備える電池用電極製造装置であって、前記電極組成物は、圧縮時において前記搬送方向の上流側に伸長され、前記供給部は、前記電極組成物の幅方向の各位置における前記伸長の度合いに応じた形状となるように、前記基材フィルム上に前記電極組成物を供給する。【選択図】図４

Description

本発明は、電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法に関する。

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。リチウムイオン電池の電極には、活物質層が含まれる。このような活物質層は、例えば、活物質及び電解液を含んだ電極組成物をロールプレス等によって圧縮することで、形成することができる。

リチウムイオン電池の活物質層は、例えば特許文献１に記載のように、矩形に構成される。具体的には、基材フィルム上に電極組成物を矩形に載置し、ロールプレス等によって圧縮することで、矩形の活物質層を形成することができる。

特開２０２１－２７０４３号公報

ロールプレス等による圧縮時においては、電極組成物が厚さ方向に圧縮されることの他に、変形が生じてしまう場合がある。例えば、矩形に載置した電極組成物をロールプレスする際、搬送方向に沿って電極組成物が引き伸ばされてしまい、形成される活物質層が矩形とならない場合がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、圧縮後の活物質層の形状を精度良く整えることができる電池用電極製造装置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、本発明に係る電池用電極製造装置は、搬送方向に搬送される帯状の基材フィルム上に、活物質及び電解液を含んだ湿潤粉体である電極組成物を供給する供給部と、前記基材フィルム及び前記電極組成物を挟み込んで圧縮する圧縮部とを備える。前記電極組成物は、圧縮時において前記搬送方向の上流側に伸長される。前記供給部は、前記電極組成物の幅方向の各位置における前記伸長の度合いに応じた形状となるように、前記基材フィルム上に前記電極組成物を供給する。

本発明の電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法によれば、圧縮後の活物質層の形状を精度良く整えることができる。

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、実施形態の電池用電極製造装置の概略図である。 図３は、実施形態の電極組成物供給装置の一例を示す図である。 図４は、実施形態の電極組成物の供給及び圧縮の例を示す図である。 図５は、実施形態の電極組成物供給装置の一例を示す図である。 図６は、実施形態の電極組成物の供給及び圧縮の例を示す図である。 図７は、実施形態の電極組成物供給装置の一例を示す図である。 図８は、実施形態の電極組成物の供給及び圧縮の例を示す図である。

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及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（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等が挙げられる。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、熱等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。

実施形態において、正極活物質層２２ａを形成するために供給される正極組成物は、正極活物質と非水電解液を含んでなる湿潤粉体である。また、湿潤粉体はペンデュラー状態又はファニキュラー状態であることがより好ましい。

湿潤粉体における非水電解液の割合は、特に限定されないが、ペンデュラー状態又はファニキュラー状態とするためには、正極の場合には非水電解液の割合を湿潤粉体全体の０．５～１５重量％とすることが望ましい。

＜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等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。

実施形態において、負極活物質層２２ｂを形成するために供給される負極組成物は、負極活物質と非水電解液を含んでなる湿潤粉体である。また、湿潤粉体はペンデュラー状態又はファニキュラー状態であることがより好ましい。

湿潤粉体における非水電解液の割合は、特に限定されないが、ペンデュラー状態又はファニキュラー状態とするためには、負極の場合には非水電解液の割合を湿潤粉体全体の０．５～２５重量％とすることが望ましい。

＜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等が挙げられる。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、本実施形態の電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法（以下、製造方法と略して呼ぶ）について説明する。例えば、電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法では、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、電池用電極製造装置１０００の概略図である。例えば、電池用電極製造装置１０００は、チャンバ１００、電極組成物供給装置２００、及び圧縮装置３００を含む。以下では一例として、帯状の基材フィルムが帯状の集電体２１Ｂである場合について説明する。

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。以下、帯状の集電体２１Ｂを集電体２１Ｂと記載する場合がある。なお、集電体２１Ｂは、上述した集電体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、ベルトコンベア等の搬送装置によって、搬送方向Ｄに沿って搬送される。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。

電極組成物供給装置２００は、図２に示す通り、チャンバ１００内で搬送される集電体２１Ｂ上に電極組成物２２ｃを供給する。電極組成物供給装置２００は、供給部の一例である。上述したように、実施形態において、電極活物質層２２（正極活物質層２２ａ、負極活物質層２２ｂ）を形成するために、電極組成物供給装置２００から供給される電極組成物２２ｃ（正極組成物、負極組成物）は、電極活物質（正極活物質、負極活物質）と電解液（非水電解液）を含んでなる湿潤粉体である。また、実施形態において、電極組成物２２ｃとしての湿潤粉体は、ペンデュラー状態又はファニキュラー状態であることがより好ましい。また、電極活物質は、高分子化合物を含む被覆材により被覆された被覆電極活物質である。

例えば、電極組成物供給装置２００は、内部に電極組成物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。この場合、電極組成物供給装置２００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電極組成物２２ｃを供給することができる。電極組成物２２ｃに含まれる電極活物質は、被覆電極活物質であるため、集電体２１Ｂ上に供給する工程では、電極組成物２２ｃを柔らかい状態にしておくことが必要となる。

圧縮装置３００は、集電体２１Ｂ及び電極組成物２２ｃを挟み込んで圧縮することで、図１に示した電極活物質層２２を形成する。圧縮装置３００は、圧縮部の一例である。例えば、圧縮装置３００は、図２に示すような一対のローラである。

なお、図１では、圧縮装置３００として一対のローラのみを示すが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、電池用電極製造装置１０００は、圧縮装置３００として一対のローラを複数備え、集電体２１Ｂ及び電極組成物２２ｃを段階的に圧縮する構成としても構わない。また、ローラと電極組成物２２ｃとの間に離型フィルムを挟んだ状態で、電極組成物２２ｃの圧縮を行なうこととしてもよい。これにより、電極組成物２２ｃの一部がローラに付着することを回避し、電極組成物２２ｃの表面をより平滑にすることができる。或いは、ローラと電極組成物２２ｃとの間にセパレータ３０を挟んだ状態で、電極組成物２２ｃの圧縮を行なうこととしてもよい。これにより、電極組成物２２ｃの表面をより平滑にすることができるとともに、正極２０ａ又は負極２０ｂに対してセパレータ３０を供給する工程を省略することができる。

ここで、圧縮装置３００による圧縮工程においては、電極組成物２２ｃの変形が生じてしまう場合がある。具体的には、電極組成物供給装置２００は、圧縮装置３００による圧縮工程によって所定形状の電極活物質層２２が形成されるように、集電体２１Ｂ上に当該所定形状で電極組成物２２ｃを供給することができる。しかしながら、圧縮装置３００による圧縮工程においては、電極組成物２２ｃが搬送方向Ｄの上流側Ｄ２に伸長されてしまう。更に、当該伸長の度合いが電極組成物２２ｃの位置ごとに異なる結果、圧縮の前後で電極組成物２２ｃの形状が変化してしまう場合がある。

そこで、電極組成物供給装置２００は、電極組成物２２ｃの幅方向の各位置における伸長の度合いに応じた形状となるように、集電体２１Ｂ上に電極組成物２２ｃを供給することで、電極活物質層２２の形状を精度良く整えることを可能とする。なお、電極組成物２２ｃの幅方向は、搬送方向Ｄ及び鉛直方向に直交する方向である。

図３及び図４では、実施形態の電極組成物供給装置２００の一例として、電極組成物供給装置２１０を示す。電極組成物供給装置２１０は、電極組成物２２ｃを保持するホッパ２１１と、ホッパ２１１の開口を開閉するシャッタ２１２及びシャッタ２１３とを備える。図３に示すように、シャッタ２１２は、搬送方向Ｄの上流側Ｄ２における一辺を直線状とした形状を有する。また、シャッタ２１３は、搬送方向Ｄの下流側Ｄ１における一辺を凸状とした形状を有する。なお、シャッタ２１２における下流側Ｄ１の一辺の形状、及び、シャッタ２１３における上流側Ｄ２の一辺の形状については任意である。また、図４においては、集電体２１Ｂ上に供給される電極組成物２２ｃとして、電極組成物Ａ１１、電極組成物Ａ１２及び電極組成物Ａ１３を図示する。

なお、図３及び図４は、圧縮装置３００による圧縮時において、電極組成物２２ｃの幅方向Ｅの中央部における伸長の度合いが、端部における伸長の度合いよりも大きい場合を示す。電極組成物２２ｃの幅方向Ｅの各位置における伸長の度合いは、電極組成物２２ｃの組成や、幅方向Ｅの各位置における電極組成物２２ｃの厚さ等に応じて、予め推定することができる。当該推定は、実測結果に基づいてもよいし、流体解析ソフト等によるシミュレーションに基づいてもよい。

例えば、電極組成物供給装置２１０は、まず、シャッタ２１２によってホッパ２１１の開口を閉じることで、電極組成物２２ｃの供給を停止した状態で待機する。次に、電極組成物供給装置２１０は、シャッタ２１２を下流側Ｄ１に移動させることで、ホッパ２１１の開口を開く。この時、ホッパ２１１の開口は矩形状となり、幅方向Ｅの各位置に対して電極組成物２２ｃが供給される。

次に、電極組成物供給装置２１０は、シャッタ２１３を下流側Ｄ１に移動させることで、ホッパ２１１の開口を部分的に閉じる。この時、ホッパ２１１の開口は、幅方向Ｅにおける中央部は閉じ、両端部は開いた形状となる。これにより、電極組成物供給装置２１０は、幅方向Ｅの端部に対してのみ、電極組成物２２ｃを供給することができる。

上記のようにシャッタ２１２及びシャッタ２１３の制御を行なうことで、電極組成物供給装置２１０は、図４の電極組成物Ａ１１及び電極組成物Ａ１２に示されるように、搬送方向Ｄに沿った電極組成物の長さが、幅方向Ｅの端部において、幅方向Ｅの中央部よりも長くなるように、集電体２１Ｂ上に電極組成物２２ｃを供給することができる。なお、電極組成物供給装置２１０は、図３に示す均しローラ２１４等によって、供給した電極組成物２２ｃの表面を整えることとしてもよい。

更に、このような電極組成物２２ｃを圧縮装置３００で圧縮することで、図４の電極組成物Ａ１３に示されるように、所定の矩形状に整形することができる。即ち、電極組成物２２ｃの供給時において幅方向Ｅの中央部は端部より短くなっている。そして、電極組成物２２ｃの圧縮時において、幅方向Ｅの中央部が端部よりも大幅に伸長される結果、中央部と端部とでの長さが略等しくなり、矩形状に整形されることとなる。

電極組成物供給装置２００の別の例について、図５及び図６を用いて説明する。図５及び図６では、実施形態の電極組成物供給装置２００の一例として、電極組成物供給装置２２０を示す。電極組成物供給装置２２０は、電極組成物２２ｃを保持するホッパ２２１と、ホッパ２２１の開口を開閉するシャッタ２２２及びシャッタ２２３とを備える。図５に示すように、シャッタ２２２は、搬送方向Ｄの上流側Ｄ２における一辺を直線状とした形状を有する。また、シャッタ２２３は、搬送方向Ｄの下流側Ｄ１における一辺を凹状とした形状を有する。なお、シャッタ２２２における下流側Ｄ１の一辺の形状、及び、シャッタ２２３における上流側Ｄ２の一辺の形状については任意である。また、図６においては、集電体２１Ｂ上に供給される電極組成物２２ｃとして、電極組成物Ａ２１、電極組成物Ａ２２及び電極組成物Ａ２３を図示する。また、図５及び図６は、圧縮装置３００による圧縮時において、電極組成物２２ｃの幅方向Ｅの端部における伸長の度合いが、中央部における伸長の度合いよりも大きい場合を示す。

例えば、電極組成物供給装置２２０は、まず、シャッタ２２２によってホッパ２２１の開口を閉じることで、電極組成物２２ｃの供給を停止した状態で待機する。次に、電極組成物供給装置２２０は、シャッタ２２２を下流側Ｄ１に移動させることで、ホッパ２２１の開口を開く。この時、ホッパ２２１の開口は矩形状となり、幅方向Ｅの各位置に対して電極組成物２２ｃが供給される。

次に、電極組成物供給装置２２０は、シャッタ２２３を下流側Ｄ１に移動させることで、ホッパ２２１の開口を部分的に閉じる。この時、ホッパ２２１の開口は、幅方向Ｅにおける端部は閉じ、中央部は開いた形状となる。これにより、電極組成物供給装置２２０は、幅方向Ｅの中央部に対してのみ、電極組成物２２ｃを供給することができる。

上記のようにシャッタ２２２及びシャッタ２２３の制御を行なうことで、電極組成物供給装置２２０は、図６の電極組成物Ａ２１及び電極組成物Ａ２２に示されるように、搬送方向Ｄに沿った電極組成物の長さが、幅方向Ｅの中央部において、幅方向Ｅの端部よりも長くなるように、集電体２１Ｂ上に電極組成物２２ｃを供給することができる。なお、電極組成物供給装置２２０は、図５に示す均しローラ２２４等によって、供給した電極組成物２２ｃの表面を整えることとしてもよい。

更に、このような電極組成物２２ｃを圧縮装置３００で圧縮することで、図６の電極組成物Ａ２３に示されるように、所定の矩形状に整形することができる。即ち、電極組成物２２ｃの供給時において幅方向Ｅの端部は中央部より短くなっている。そして、電極組成物２２ｃの圧縮時において、幅方向Ｅの端部が中央部よりも大幅に伸長される結果、中央部と端部とでの長さが略等しくなり、矩形状に整形されることとなる。

図３～図６では、シャッタの形状により、供給される電極組成物２２ｃの形状を制御する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、ホッパの開口の形状により、供給される電極組成物２２ｃの形状を制御することも可能である。以下、この点について、図７及び図８を用いて説明する。図７及び図８では、実施形態の電極組成物供給装置２００の一例として、電極組成物供給装置２３０を示す。

電極組成物供給装置２３０は、電極組成物２２ｃを保持するホッパ２３１と、ホッパ２３１の開口を開閉するシャッタ２３２及びシャッタ２３３とを備える。図５に示すように、ホッパ２３１の開口は、搬送方向Ｄの下流側Ｄ１における一辺を直線状とし、上流側Ｄ２における一辺を凸状とした形状を有する。また、シャッタ２３２は、搬送方向Ｄの上流側Ｄ２における一辺を直線状とした形状を有する。また、シャッタ２３３は、搬送方向Ｄの下流側Ｄ１における一辺を直線状とした形状を有する。なお、シャッタ２３２における下流側Ｄ１の一辺の形状、及び、シャッタ２３３における上流側Ｄ２の一辺の形状については任意である。また、図８においては、集電体２１Ｂ上に供給される電極組成物２２ｃとして、電極組成物Ａ３１、電極組成物Ａ３２及び電極組成物Ａ３３を図示する。また、図７及び図８は、圧縮装置３００による圧縮時において、電極組成物２２ｃの幅方向Ｅの端部における伸長の度合いが、中央部における伸長の度合いよりも大きい場合を示す。

例えば、電極組成物供給装置２２０は、まず、シャッタ２３３によってホッパ２３１の開口を閉じることで、電極組成物２２ｃの供給を停止した状態で待機する。次に、電極組成物供給装置２３０は、シャッタ２３３を上流側Ｄ２に移動させ、ホッパ２３１の開口を部分的に開く。具体的には、電極組成物供給装置２３０は、図７に示すように、ホッパ２３１の開口が矩形状となる位置まで、シャッタ２３３を移動させる。これにより、幅方向Ｅの各位置に対して、電極組成物２２ｃが供給される。

次に、電極組成物供給装置２２０は、シャッタ２３３を上流側Ｄ２に移動させるとともに、シャッタ２３２を上流側Ｄ２に移動させ、シャッタ２３２によってホッパ２３１の開口を部分的に閉じた状態とする。この時、ホッパ２３１の開口は、幅方向Ｅにおける端部は閉じ、中央部は開いた形状となる。これにより、電極組成物供給装置２３０は、幅方向Ｅの中央部に対してのみ、電極組成物２２ｃを供給することができる。

上記のようにシャッタ２３２及びシャッタ２３３の制御を行なうことで、電極組成物供給装置２３０は、図８の電極組成物Ａ３１及び電極組成物Ａ３２に示されるように、搬送方向Ｄに沿った電極組成物の長さが、幅方向Ｅの中央部において、幅方向Ｅの端部よりも長くなるように、集電体２１Ｂ上に電極組成物２２ｃを供給することができる。なお、電極組成物供給装置２２０は、図７に示す均しローラ２３４等によって、供給した電極組成物２２ｃの表面を整えることとしてもよい。

更に、このような電極組成物２２ｃを圧縮装置３００で圧縮することで、図８の電極組成物Ａ３３に示されるように、所定の矩形状に整形することができる。即ち、電極組成物２２ｃの供給時において幅方向Ｅの端部は中央部より短くなっている。そして、電極組成物２２ｃの圧縮時において、幅方向Ｅの端部が中央部よりも大幅に伸長される結果、中央部と端部とでの長さが略等しくなり、矩形状に整形されることとなる。

図７及び図８では、電極組成物２２ｃの幅方向Ｅの端部における伸長の度合いが中央部における伸長の度合いよりも大きい場合について説明したが、中央部における伸長の度合いが端部における伸長の度合いよりも大きい場合についても同様に適用が可能である。この場合、ホッパの開口は、搬送方向Ｄの下流側Ｄ１における一辺を直線状とし、上流側Ｄ２における一辺を凹状とした形状を有することとなる。

図３～図８では、シャッタの制御によりホッパの開口を部分的に閉じて、供給される電極組成物２２ｃの形状を制御する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、電極組成物２２ｃをスタンプ状に供給する場合、ホッパの開口の形状と同じになるように、電極組成物２２ｃの供給を行なうことができる。例えば、図４の電極組成物Ａ１１及び電極組成物Ａ１２に示されるような形状で電極組成物２２ｃの供給を行なう場合において、当該形状に一致する形状の開口を有するホッパを使用し、ホッパの開口の全体を開閉することで、搬送方向Ｄに沿った電極組成物の長さが、幅方向Ｅの端部において、幅方向Ｅの中央部よりも長くなるように、集電体２１Ｂ上に電極組成物２２ｃを供給することができる。

上述したように、電極組成物供給装置２００は、電極組成物２２ｃの幅方向Ｅの各位置における伸長の度合いに応じた形状となるように、集電体２１Ｂ上に電極組成物２２ｃを供給する。これにより、圧縮時における搬送方向Ｄの上流側Ｄ２へ電極組成物２２ｃが伸長される分を吸収し、形成される電極活物質層２２の形状を精度良く整えることができる。

また、実施形態では、電極組成物供給装置２００による電極組成物２２ｃの供給や、圧縮装置３００による電極組成物２２ｃの圧縮といった各工程を、内部が大気圧よりも減圧されたチャンバ１００内で実行する。これにより、電極組成物２２ｃの内部に空気が残留することが防止でき、電極活物質層２２の均一性を向上することができる。

なお、圧縮装置３００による圧縮工程の後、図１に示した枠体３５やセパレータ３０が更に供給され、単セル１０が作製される。枠体３５やセパレータ３０の供給は、搬送方向Ｄに沿って搬送される集電体２１Ｂ及び電極組成物２２ｃに対して連続的に行なわれてもよいし、集電体２１Ｂを所定単位に分割した後、枚葉に行なってもよい。

また、上述した実施形態では、電極組成物２２ｃが載置される帯状の基材フィルムが帯状の集電体２１Ｂであるものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図２に示した帯状の集電体２１Ｂに代えて、帯状のセパレータシートや、帯状の離形フィルムを基材フィルムとしてもよい。なお、帯状のセパレータシートは、後にトリミングすることで、図１に示したセパレータ３０を形成することができる。

例えば、セパレータシートを基材フィルムとする場合、セパレータシート上に電極組成物２２ｃを供給し、電極組成物２２ｃにおけるセパレータシートと反対側の面に集電体２１Ｂを供給し、セパレータシート及び集電体２１Ｂを所定の形状にトリミングし、更に、枠体３５を供給することで、正極２０ａ又は負極２０ｂを作製することができる。

また、離形フィルムを基材フィルムとする場合、離形フィルム上に電極組成物２２ｃを供給し、電極組成物２２ｃにおける離形フィルムと反対側の面に集電体２１Ｂを供給し、離形フィルムを回収した後、集電体２１Ｂと反対側の面にセパレータシートを供給し、集電体２１Ｂ及びセパレータシートを所定の形状にトリミングし、更に、枠体３５を供給することで、正極２０ａ又は負極２０ｂを作製することができる。なお、セパレータシートを供給して後にトリミングすることに代え、電極組成物２２ｃに対してセパレータ３０を供給することとしても構わない。

或いは、離形フィルム上に電極組成物２２ｃを供給し、電極組成物２２ｃにおける離形フィルムと反対側の面にセパレータシートを供給し、離形フィルムを回収した後、セパレータシートと反対側の面に集電体２１Ｂを供給し、セパレータシート及び集電体２１Ｂを所定の形状にトリミングし、更に、枠体３５を供給することで、正極２０ａ又は負極２０ｂを作製することができる。なお、集電体２１Ｂを供給して後にトリミングすることに代え、所定の形状にトリミングされた集電体２１を電極組成物２２ｃに対して供給することとしても構わない。

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。

１０：単セル
２０：電極
２０ａ：正極
２０ｂ：負極
２１：集電体
２１ａ：正極集電体層
２１ｂ：負極集電体層
２１Ｂ：帯状の集電体
２１Ｒ：集電体ロール
２２：電極活物質層
２２ａ：正極活物質層
２２ｂ：負極活物質層
２２ｃ：電極組成物
３０：セパレータ
３５：枠体
１００：チャンバ
２００：電極組成物供給装置
２１０：電極組成物供給装置
２１１：ホッパ
２１２：シャッタ
２１３：シャッタ
２１４：均しローラ
２２０：電極組成物供給装置
２２１：ホッパ
２２２：シャッタ
２２３：シャッタ
２２４：均しローラ
２３０：電極組成物供給装置
２３１：ホッパ
２３２：シャッタ
２３３：シャッタ
２３４：均しローラ
３００：圧縮装置
１０００：電池用電極製造装置
Ｄ：搬送方向
Ｄ１：下流側
Ｄ２：上流側
Ｅ：幅方向

Claims (6)

1. 搬送方向に搬送される帯状の基材フィルム上に、活物質及び電解液を含んだ湿潤粉体である電極組成物を供給する供給部と、前記基材フィルム及び前記電極組成物を挟み込んで圧縮する圧縮部とを備える電池用電極製造装置であって、
   前記電極組成物は、圧縮時において前記搬送方向の上流側に伸長され、
   前記供給部は、前記電極組成物の幅方向の各位置における前記伸長の度合いに応じた形状となるように、前記基材フィルム上に前記電極組成物を供給する、電池用電極製造装置。
2. 前記供給部は、前記搬送方向に沿った前記電極組成物の長さが、前記幅方向の端部において、前記幅方向の中央部よりも長くなるように、前記基材フィルム上に前記電極組成物を供給する、請求項１に記載の電池用電極製造装置。
3. 前記供給部は、前記搬送方向に沿った前記電極組成物の長さが、前記幅方向の中央部において、前記幅方向の端部よりも長くなるように、前記基材フィルム上に前記電極組成物を供給する、請求項１に記載の電池用電極製造装置。
4. 前記供給部は、前記電極組成物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であって、前記搬送方向の下流側における一辺を凸状又は凹状としたシャッタとを用いて、前記形状となるように前記基材フィルム上に前記電極組成物を供給する、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. 前記供給部は、前記電極組成物を保持するホッパであって、前記搬送方向の上流側における一辺を凸状又は凹状としたホッパを用いて、前記形状となるように前記基材フィルム上に前記電極組成物を供給する、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. 搬送方向に搬送される帯状の基材フィルム上に、活物質及び電解液を含んだ湿潤粉体である電極組成物を供給し、前記基材フィルム及び前記電極組成物を挟み込んで圧縮することを含む電池用電極製造方法であって、
   前記電極組成物は、圧縮時において前記搬送方向の上流側に伸長され、
   前記電極組成物の幅方向の各位置における前記伸長の度合いに応じた形状となるように、前記基材フィルム上に前記電極組成物を供給する、電池用電極製造方法。

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