JP2023065919A - Electrode manufacturing device for batteries and electrode manufacturing method for batteries - Google Patents
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Abstract
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。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a battery electrode manufacturing apparatus and a battery electrode manufacturing method.
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は、例えば、集電体やセパレータと共に、電極組成物をロールプレス等によって圧縮することで作製される。より具体的には、電極組成物は、枠体の内部に供給され、所定の形となるように整形された上で、圧縮される。 Lithium ion batteries are high-capacity secondary batteries and have been used in various applications in recent years. An electrode of a lithium ion battery is produced, for example, by compressing an electrode composition together with a current collector and a separator by roll pressing or the like. More specifically, the electrode composition is supplied inside the frame, shaped into a predetermined shape, and then compressed.
電極組成物を枠体の内部に供給する手法として、ホッパを用いた方法が考えられる。具体的には、ホッパの内部に電極組成物を保持させるとともに、ホッパの開口をシャッタで開閉することにより、ホッパの開口の下方に位置する枠体の内部に対して、電極組成物を供給することができる。また、例えば、特許文献1に記載のように、無端ベルトを用いて電極組成物をホッパの開口まで搬送することにより、ホッパの開口の下方に位置する枠体の内部に対して、電極組成物を供給することができる。 As a method for supplying the electrode composition to the inside of the frame, a method using a hopper is conceivable. Specifically, the electrode composition is supplied to the inside of the frame positioned below the opening of the hopper by holding the electrode composition inside the hopper and opening and closing the opening of the hopper with a shutter. be able to. Further, for example, as described in Patent Document 1, by conveying the electrode composition to the opening of the hopper using an endless belt, the electrode composition is applied to the inside of the frame positioned below the opening of the hopper. can be supplied.
電極組成物について上記の手法で枠体の内部への供給を行なう場合、ロールプレス等による圧縮の前に、枠体の内部において電極組成物を整形する必要がある。ここで、電極組成物は、活物質及び電解液を含んだ湿潤粉体の場合がある。このような電極組成物は圧力が加わると固着してしまう特徴を有し、また、電極組成物を囲う枠体との関連もあって、枠体の内部において電極組成物を整形することは容易ではない。 When the electrode composition is supplied to the inside of the frame by the above method, it is necessary to shape the electrode composition inside the frame before compression by roll press or the like. Here, the electrode composition may be wet powder containing an active material and an electrolytic solution. Such an electrode composition has a characteristic of sticking when pressure is applied, and in relation to the frame surrounding the electrode composition, it is easy to shape the electrode composition inside the frame. isn't it.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、圧縮前における電極組成物の整形を効率化す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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a battery electrode manufacturing apparatus and a battery electrode manufacturing method that can efficiently shape the electrode composition before compression. do.
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、帯状の基材フィルム及び当該基材フィルム上に載置された枠体の搬送方向の下流側に向けて下方に傾斜した傾斜板と、当該傾斜板に対して、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第1供給部と、前記傾斜板上に供給された前記電極組成物の厚さを調整する調整部と、厚さが調整された前記前記電極組成物を、前記基材フィルム上かつ前記枠体の内部に供給する第2供給部とを備え、前記傾斜板は、第1傾斜部と、前記第1傾斜部よりも前記搬送方向の下流側に位置し、前記第1傾斜部よりも傾斜の小さい第2傾斜部とを備える。 In order to achieve the above object, a battery electrode manufacturing apparatus according to the present invention includes a strip-shaped base film and a frame placed on the base film, which is inclined downward toward the downstream side in the conveying direction. a slanted plate, a first supply section for supplying an electrode composition, which is a wet powder containing an active material and an electrolytic solution, to the slanted plate, and a thickness of the electrode composition supplied on the slanted plate and a second supply unit that supplies the electrode composition with the adjusted thickness onto the base film and inside the frame, wherein the inclined plate is the first and a second inclined portion that is positioned downstream in the conveying direction from the first inclined portion and has a smaller inclination than the first inclined portion.
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、圧縮前における電極組成物の整形を効率化することができる。 According to the battery electrode manufacturing apparatus and the battery electrode manufacturing method of the present invention, it is possible to efficiently shape the electrode composition before compression.
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。 Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. In addition, in the drawings used in the following explanations, characteristic parts may be enlarged for the sake of convenience for the purpose of emphasizing the characteristic parts, and the dimensional ratios, etc. of each component may not necessarily be the same as the actual ones. do not have. Also, for the same purpose, some parts may be omitted from the drawings.
<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。
<Assembled battery (secondary battery)>
The battery electrode manufacturing apparatus and the battery electrode manufacturing method of the embodiments are applied, for example, to the manufacture of lithium ion batteries. Lithium ion batteries are assembled batteries that are modularized by combining a plurality of lithium ion single cells (also referred to as single cells or battery cells), or battery packs that are made by combining multiple such assembled batteries and adjusting the voltage and capacity. used in the form.
<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。
<Single cell (battery cell)>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a
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。
The
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。
The
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。
The electrolyte held in the
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。
The
<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。
<Specific example of positive electrode current collector>
As the positive electrode current collector that constitutes the positive electrode
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。 Metal current collectors include, for example, copper, aluminum, titanium, nickel, tantalum, niobium, hafnium, zirconium, zinc, tungsten, bismuth, antimony, alloys containing one or more of these metals, and the group consisting of stainless alloys. and one or more metal materials selected from These metal materials may be used in the form of thin plates, metal foils, or the like. Alternatively, a metal current collector formed by forming the above metal material on the surface of a base material other than the above metal material by sputtering, electrodeposition, coating, or the like may be used.
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。 The resin current collector preferably contains a conductive filler and a matrix resin. Examples of the matrix resin include polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethylpentene (PMP) and the like, but are not particularly limited. Also, the conductive filler is not particularly limited as long as it is selected from materials having conductivity. The conductive filler may be a conductive fiber having a fibrous shape.
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。 The resin current collector may contain other components (dispersant, cross-linking accelerator, cross-linking agent, colorant, ultraviolet absorber, plasticizer, etc.) in addition to the matrix resin and the conductive filler. Also, a plurality of resin current collectors may be laminated and used, or a resin current collector and a metal foil may be laminated and used.
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。
Although the thickness of the positive electrode
<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。
<Specific example of positive electrode active material>
The positive electrode
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。 Examples of the positive electrode active material include, but are not particularly limited to, a composite oxide of lithium and a transition metal, a composite oxide containing two transition metal elements, and a composite oxide containing three or more metal elements. .
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。 The positive electrode active material may be a coated positive electrode active material in which at least part of the surface is coated with a coating material containing a polymer compound. When the positive electrode active material is covered with the coating material, the volume change of the positive electrode is moderated, and the expansion of the positive electrode can be suppressed.
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。 As the polymer compound constituting the coating material, those described as active material coating resins in JP-A-2017-054703 and WO 2015/005117 can be preferably used.
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。
The coating material may contain a conductive agent. As the conductive agent, the same conductive filler as contained in the positive electrode
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。
The positive electrode
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。
The positive electrode
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。
The positive electrode
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。
Although the thickness of the positive electrode
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。
In the embodiment, the positive electrode composition supplied to form the positive electrode
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。 The ratio of the non-aqueous electrolyte in the wet powder is not particularly limited, but in the case of the positive electrode, the ratio of the non-aqueous electrolyte to the entire wet powder is 0.5 to 0.5 to make the pendular state or funicular state. 15% by weight is desirable.
<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。
<Specific example of negative electrode current collector>
As the negative electrode current collector constituting the negative electrode
<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。
<Specific example of negative electrode active material>
The negative electrode
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。 As the negative electrode active material, for example, a carbon-based material, a silicon-based material, a mixture thereof, or the like can be used, but the material is not particularly limited.
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。 The negative electrode active material may be a coated negative electrode active material in which at least part of the surface is coated with a coating material containing a polymer compound. When the periphery of the negative electrode active material is covered with the coating material, the volume change of the negative electrode is moderated, and the expansion of the negative electrode can be suppressed.
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。 As the coating material, the same coating material as that constituting the coated positive electrode active material can be suitably used.
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。
The negative electrode
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。
The negative electrode
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。
The negative electrode
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。
Although the thickness of the negative electrode
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。
In the embodiment, the negative electrode composition supplied to form the negative electrode
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。 The proportion of the non-aqueous electrolyte in the wet powder is not particularly limited, but in the case of the negative electrode, the proportion of the non-aqueous electrolyte in the entire wet powder is 0.5 to 0.5 to make the pendular state or funicular state. 25% by weight is desirable.
<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。
<Specific example of separator>
Examples of the electrolyte held in the
<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。
<Specific example of frame>
The material for the
<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。
<Manufacturing apparatus and method for manufacturing battery electrode>
Next, a battery electrode manufacturing apparatus and a battery electrode manufacturing method (hereinafter abbreviated as a manufacturing method) of the present embodiment will be described. For example, in the battery electrode manufacturing apparatus and the battery electrode manufacturing method, the
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、枠体供給装置200、電極組成物供給装置300、圧縮装置400及び搬送装置500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。
FIG. 2 is a schematic diagram of the battery
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105Pa)である。
The
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、搬送方向Dに沿って搬送される。例えば、集電体21Bは、搬送装置500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。
For example, a
搬送装置500は、集電体21Bを、搬送方向Dに沿って搬送する。例えば、搬送装置500は、ベルトと当該ベルトを駆動させる駆動機構を含んだベルトコンベアである。この場合、集電体21Bは、搬送装置500におけるベルトに載置された状態で、搬送方向Dの下流側D1に搬送される。
The
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、ロールプレスで圧縮することとしてもよい。
The
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。
In addition, in FIG. 2, the
電極組成物供給装置300は、電極組成物22cを整形した上で、集電体21Bかつ枠体35の内部に供給する。なお、電極組成物供給装置300は、図2に示す通り、チャンバ100内において、電極組成物22cの供給を行なう。
The electrode
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300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。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。
As described above, in the embodiment, the
ここで、図3を用いて、電極組成物供給装置300の詳細を説明する。図3は、実施形態の電極組成物供給装置300の一例を示す図である。例えば、電極組成物供給装置300は、傾斜板310、供給装置320、スキージー330、シャッタ341及び加振器342を備える。傾斜板310は、傾斜板の一例である。供給装置320は、第1供給部の一例である。スキージー330は、調整部の一例である。シャッタ341及び加振器342は、第2供給部の一例である。
Here, the details of the electrode
傾斜板310は、図3に示す通り、集電体21B及び枠体35の搬送方向Dの下流側D1に向けて下方に傾斜するように配置される。傾斜板310の形状について、図4A及び図4Bを用いてより詳細に説明する。図4A及び図4Bは、実施形態の傾斜板310の一例を示す図である。
The
図4Aは、搬送方向D及び鉛直方向に対して垂直な方向から傾斜板310を示した図である。図4Aに示すように、傾斜板310は、第1傾斜部311と、第2傾斜部312とを備える。第2傾斜部312は、第1傾斜部311よりも搬送方向Dの下流側D1に位置し、第1傾斜部311よりも傾斜が小さい。
FIG. 4A is a diagram showing the
図4Bは、搬送方向Dの下流側D1から、傾斜板310における任意の位置を示した断面図である。図4Bに示すように、傾斜板310は、柵313a及び柵313bを備える。ここで、傾斜板310は、搬送方向Dに沿った各位置に柵313a及び柵313bを備える。即ち、傾斜板310は、搬送方向Dと平行な2辺に柵を備える。柵313aと柵313bとの間の間隔は、枠体35の内部の幅と略同じになるように調整される。
4B is a cross-sectional view showing an arbitrary position on the
図3に示した通り、供給装置320は、傾斜板310に対して電極組成物22cを供給する。例えば、供給装置320は、柵313aと柵313bとの間の位置を往復しつつ、傾斜板310における第1傾斜部311の位置に、電極組成物22cを供給する。
As shown in FIG. 3, the
なお、図3はあくまで一例であり、傾斜板310に電極組成物22cを供給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、供給装置320は、ホッパ及びシャッタを備え、ホッパの開口をシャッタで開閉することにより、ホッパの内部に保持された電極組成物22cを傾斜板310に対して供給することとしても構わない。
Note that FIG. 3 is only an example, and the method of supplying the
スキージー330は、傾斜板310上に供給された電極組成物22cの厚さを調整する。ここで、傾斜板310上に供給された電極組成物22cの幅は、柵313aと柵313bとによって制限されている。即ち、スキージー330、柵313a及び柵313bによって、電極組成物22cの幅及び厚さを所望の値となるように調整することができる。
The
電極組成物22cは、スキージー330、柵313a及び柵313bによる整形を受けつつ、傾斜板310を滑り降りるようにして、搬送方向Dの下流側D1に流動する。ここで、シャッタ341は、傾斜板310における下流側D1の端部からの電極組成物22cの落下を制御することで、枠体35の内部への電極組成物22cの供給を制御する。
The
具体的には、シャッタ341は、傾斜板310における下流側D1の端部の下方に枠体35の内部空間が位置している場合には開き、他の場合には閉じるように制御される。即ち、図3に示すようにシャッタ341が開いている間、電極組成物22cは、傾斜板310における下流側D1の端部から落下して、枠体35の内部に供給される。一方で、シャッタ341が閉じている間、電極組成物22cは、傾斜板310における下流側D1の端部でせき止められ、傾斜板310上に蓄積される。
Specifically, the
なお、電極組成物22cが湿潤紛体である場合には流動性が低く、傾斜が小さい場合には、電極組成物22cが流動せず傾斜板310上で詰まってしまう場合が想定される。一方で、傾斜板310における下流側D1の端部においては、傾斜板310と、集電体21B及び枠体35との角度差は小さくなっていることが好ましい。
When the
これに対し、傾斜板310は、傾斜の大きい第1傾斜部311と、傾斜の小さい第2傾斜部312とを備える。第1傾斜部311の傾斜が大きいことにより、傾斜板310上の電極組成物22cに対して、搬送方向Dの下流側D1に流動するための十分な力を付加することができる。また、第2傾斜部312の傾斜は小さく、集電体21B及び枠体35との角度差は小さくすることができる。
On the other hand, the
加振器342は、傾斜板310を振動させることで、傾斜板310上での電極組成物22cの流動を補助することができる。即ち、加振器342を備えることにより、傾斜板310上での電極組成物22cの詰まりをより確実に防止し、枠体35内部への電極組成物22cの供給をより精度良く実行させることができる。なお、図3には加振器342を備えた電極組成物供給装置300を示したが、加振器342については適宜省略することとしても構わない。
The
傾斜板310について、粗化処理又はフッ素コーティング(例えばテフロン(登録商標)処理)による処理層を設けることとしてもよい。これにより、傾斜板310上での電極組成物22cの詰まりをより確実に防止し、枠体35内部への電極組成物22cの供給をより精度良く実行させることができる。
The
圧縮装置400は、集電体21B上かつ枠体35の内部に供給された電極組成物22cを圧縮することで、図1に示した電極活物質層22を形成する。ここで、電極組成物供給装置300から供給された段階で電極組成物22cの整形は済んでおり、追加の工程を要することなく、圧縮装置400による圧縮工程に移行することができる。
The
或いは、圧縮装置400による圧縮工程の前に、電極組成物供給装置300から供給された電極活物質層22についてより高精度の整形を施す場合であっても、小幅の整形で済むため、簡易な工程とすることが可能である。
Alternatively, even if the electrode
例えば、圧縮装置400は、図1に示すような一対のローラである。この場合、圧縮装置400は、集電体21B、枠体35及び電極組成物22cを挟み込んで圧縮することにより、正極20a又は負極20bを製造することができる。
For example,
なお、図1では、圧縮装置400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400として一対のローラを複数備え、集電体21B、枠体35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。
Although FIG. 1 shows only a pair of rollers as the
上述したように、電極組成物供給装置300は、傾斜板310上で電極組成物22cを整形した上で、集電体21B及び枠体35に対して供給する。これにより、圧縮装置400による圧縮の前に、枠体35内部の電極組成物22cを整形するという工程を省略し、或いは簡略化することができる。即ち、電極組成物供給装置300は、圧縮前における電極組成物22cの整形を効率化し、ひいては、電極20の製造効率を向上させることができる。
As described above, the electrode
また、実施形態では、電極組成物供給装置300による電極組成物22cの供給や、圧縮装置400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。
In addition, in the embodiment, each step of supplying the
傾斜板310上での電極組成物22cの挙動をより精度良く制御するため、電極組成物供給装置300は、図5及び図6に示すベルトコンベア343を更に備えてもよい。図5は、第1変形例の電極組成物供給装置300の一例を示す図である。また、図6は、第1変形例のベルトコンベア343の一例を示す図である。例えば、ベルトコンベア343は、図6に示す通り、輪状のベルト343aと、ローラ343b~343mとを備える。ローラ343b~343mは、ベルト343aを回転させる駆動機構の一例である。即ち、ベルト343aは、ローラ343b~343mによって駆動される無端状のムービングベルトである。
In order to more accurately control the behavior of the
図5に示す通り、ベルトコンベア343は、ベルト343aの下面が、第2傾斜部312上に位置する電極組成物22cの上面に接するように配置される。ベルト343aの下面と電極組成物22cとが接した状態で、ベルト343aの下面が搬送方向Dの下流側D1に移動するようにベルト343aを回転させることで、枠体35の内部への電極組成物22cの供給を行なうことができる。
As shown in FIG. 5, the
以下、ベルト343aの下面が搬送方向Dの下流側D1に移動する回転方向を第1の回転方向とし、第1の回転方向と反対の回転方向を第2の回転方向とする。例えば、傾斜板310における下流側D1の端部の下方に枠体35の内部空間が位置している場合において、ベルトコンベア343は、ベルト343aを第1の回転方向に回転させることで、電極組成物22cを傾斜板310における下流側D1の端部から落下させ、枠体35の内部に供給することができる。また、ベルトコンベア343は、ベルト343aの回転を停止させ、或いは減速させることで、電極組成物22cの供給を停止させることができる。なお、図3にはシャッタ341及び加振器342を備えた電極組成物供給装置300を示したが、シャッタ341及び加振器342については適宜省略することとしても構わない。
Hereinafter, the rotation direction in which the lower surface of the
なお、ベルトコンベア343は、接した電極組成物22cをある程度押し固めるように構成することができる。これにより、傾斜板310から枠体35の内部に電極組成物22cが落下する際、電極組成物22cの形が崩れることを回避できる。
In addition, the
また、ベルトコンベア343の下面と、第2傾斜部312との間の距離(ギャップ)は略一定となるように構成される。例えば、ベルトコンベア343の下面と、第2傾斜部312との間の距離は、搬送方向Dに沿った第2傾斜部312上の所定区間において一定となるように構成される。これにより、ベルトコンベア343と接した後の電極組成物22cにおける厚さをより精度良く調整することができる。
Also, the distance (gap) between the lower surface of the
また、ベルト343aの回転速度は可変としてもよい。例えば、ベルトコンベア343は、枠体35内部への電極組成物22cの供給の開始時においては、ベルト343aを、第1の回転方向に、第1の回転速度で回転させる。ここで、第1の回転速度は、ベルト343aの下面の下流側D1への移動速度が、枠体35の下流側D1への移動速度よりも大きくなる回転速度である。次に、ベルトコンベア343は、ベルト343aの回転速度を低下させ、ベルト343aの下面の下流側D1への移動速度と、枠体35の下流側D1への移動速度とが一致するように、ベルト343aを回転させる。そして、ベルトコンベア343は、ベルト343aの下面の下流側D1への移動速度が、枠体35の下流側D1への移動速度よりも小さくなるようにベルト343aの回転速度を低下させつつ、枠体35内部への電極組成物22cの供給を終了する。これにより、搬送方向Dにおいて、枠体35と電極組成物22cとの間に隙間が生じることを回避することができる。
Also, the rotation speed of the
ベルトコンベア343によれば、枠体35内部への電極組成物22cの供給の開始及び停止のみならず、供給のペースを調整することも可能となる。即ち、ベルトコンベア343によれば、枠体35の移動速度に合わせて、電極組成物22cを供給することが可能となる。これにより、例えば、電極組成物22cを供給する際に、搬送装置500による集電体21B及び枠体35の搬送を停止させる必要がなくなり、電極20の製造効率を向上させることが可能となる。
According to the
傾斜板310上での電極組成物22cの挙動をより精度良く制御するため、電極組成物供給装置300は、図7及び図8に示すベルトコンベア344を更に備えてもよい。図7は、第2変形例の電極組成物供給装置300の一例を示す図である。また、図8は、第2変形例のベルトコンベア344の一例を示す図である。例えば、ベルトコンベア344は、図8に示す通り、輪状のベルト344aと、ローラ344b~344gとを備える。ローラ344b~344gは、ベルト344aを回転させる駆動機構の一例である。即ち、ベルト344aは、ローラ344b~344gによって駆動される無端状のムービングベルトである。ベルト344aは、下部ベルトの一例である。
In order to more accurately control the behavior of the
図7に示すように、傾斜板310の第2傾斜部312はベルト344aによって構成される。即ち、第2変形例において、傾斜板310はベルトコンベア344と統合されており、第2傾斜部312が駆動可能に構成される。
As shown in FIG. 7, the second
図8に示すように、ベルトコンベア344は、平板344hを更に備えてもよい。平板344hは、ベルト344aの上面が平坦となるように配置される補強部材である。即ち、平板344hは、第2変形例における第2傾斜部312が平坦となるように配置される。また、ベルト344aに付着した電極組成物22cが飛散しないように、ベルト344aを覆うカバーを取り付けることとしてもよい。
As shown in FIG. 8, the
ベルトコンベア344は、ベルトコンベア343に含まれるベルト343aの下面と、ベルト344aの上面とが同期して移動するように制御する。例えば、枠体35内部への電極組成物22cの供給を行なう際、ベルトコンベア343は、ベルト343aの下面が下流側D1に移動するようにベルト343aを回転させ、ベルトコンベア344は、ベルト344aの上面がベルト343aの下面と同じ速度で下流側D1に移動するように、ベルト344aを回転させる。また、枠体35内部への電極組成物22cの供給を停止する際、ベルトコンベア343及びベルトコンベア344は、ベルト343a及びベルト344aの回転を停止させる。或いは、枠体35内部への電極組成物22cの供給を停止する際、ベルトコンベア343は、ベルト343aの回転を減速させ、ベルトコンベア344は、ベルト344aの上面とベルト343aの下面とが同じ速度となるように、ベルト344aの回転を減速させる。
The
ベルトコンベア343及びベルトコンベア344によれば、傾斜板310上での電極組成物22cの挙動を、上面及び下面の両面から制御することができる。これにより、ベルトコンベア343のみ備える場合と比較して、傾斜板310上での電極組成物22cの挙動をより精度良く制御できるようになるとともに、電極組成物22cにせん断力が加わって割れが生じるといった事態を回避することができる。
The
なお、上述した実施形態及び各変形例では、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。
In the above-described embodiment and each modified example, the strip-shaped base film on which the
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枠体35及び電極組成物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、更に、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することで、正極20a又は負極20bを作製することができる。
For example, when the separator sheet is used as the base film, the
また、離形フィルムを基材フィルムとする場合、離形フィルム上に枠体35及び電極組成物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、更に、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。
Further, when the release film is used as the base film, the
或いは、離形フィルム上に枠体35及び電極組成物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、更に、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。
Alternatively, the
以上、本発明の実施形態及び各変形例について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこれら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、各実施形態及び各変形例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。 As described above, the embodiments and modifications of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configurations are not limited to these. Deletion etc. are also included. Furthermore, it goes without saying that the configurations shown in each embodiment and each modified example can be appropriately combined and used.
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:枠体供給装置
300:電極組成物供給装置
310:傾斜板
311:第1傾斜部
312:第2傾斜部
313a:柵
313b:柵
320:供給装置
330:スキージー
341:シャッタ
342:加振器
343:ベルトコンベア
343a:ベルト
344:ベルトコンベア
344a:ベルト
400:圧縮装置
500:搬送装置
1000:電池用電極製造装置
D:搬送方向
D1:下流側
D2:上流側
10: Single cell 20:
Claims (11)
当該傾斜板に対して、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第1供給部と、
前記傾斜板上に供給された前記電極組成物の厚さを調整する調整部と、
厚さが調整された前記電極組成物を、前記基材フィルム上かつ前記枠体の内部に供給する第2供給部と
を備えた、電池用電極製造装置であって、
前記傾斜板は、第1傾斜部と、前記第1傾斜部よりも前記搬送方向の下流側に位置し、前記第1傾斜部よりも傾斜の小さい第2傾斜部とを備える、電池用電極製造装置。 a slant plate that is inclined downward toward the downstream side in the conveying direction of the strip-shaped base film and the frame placed on the base film;
a first supply unit that supplies an electrode composition, which is a wet powder containing an active material and an electrolytic solution, to the inclined plate;
an adjustment unit that adjusts the thickness of the electrode composition supplied onto the inclined plate;
A battery electrode manufacturing apparatus comprising: a second supply unit that supplies the electrode composition with an adjusted thickness onto the base film and inside the frame,
The slanted plate includes a first slanted portion and a second slanted portion located downstream of the first slanted portion in the conveying direction and having a smaller slant than the first slanted portion. Device.
前記ベルトコンベアは、前記ベルトの下面が前記第2傾斜部上に位置する前記電極組成物の上面に接した状態で、前記ベルトの下面が前記搬送方向の下流側に移動するように前記ベルトを回転させることで、前記電極組成物を前記基材フィルム上かつ前記枠体の内部に供給する、請求項1に記載の電池用電極製造装置。 The second supply unit includes a belt conveyor including a ring-shaped belt and a drive mechanism for rotating the belt,
The belt conveyor moves the belt so that the lower surface of the belt moves downstream in the conveying direction while the lower surface of the belt is in contact with the upper surface of the electrode composition positioned on the second inclined portion. The battery electrode manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the electrode composition is supplied onto the base film and into the frame by rotating.
前記傾斜板上に供給された前記電極組成物の厚さを調整し、
厚さが調整された前記電極組成物を、前記基材フィルム上かつ前記枠体の内部に供給する
ことを含む電池用電極製造方法であって、
前記傾斜板は、第1傾斜部と、前記第1傾斜部よりも前記搬送方向の下流側に位置し、前記第1傾斜部よりも傾斜の小さい第2傾斜部とを備える、電池用電極製造方法。 A wet powder containing an active material and an electrolytic solution is applied to a belt-shaped base film and an inclined plate inclined downward toward the downstream side in the conveying direction of a frame placed on the base film. supplying an electrode composition;
adjusting the thickness of the electrode composition supplied on the inclined plate;
A method for manufacturing a battery electrode, comprising: supplying the electrode composition having an adjusted thickness on the base film and inside the frame,
The slanted plate includes a first slanted portion and a second slanted portion located downstream of the first slanted portion in the conveying direction and having a smaller slant than the first slanted portion. Method.
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