JP2023119212A - 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】基材フィルムに載置される電極組成物の形を、簡易且つ効率的に整えること。【解決手段】電池用電極製造装置は、帯状の基材フィルムを搬送する搬送部と、前記基材フィルムの搬送方向における所定の供給位置に対して、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電極組成物供給部と、前記供給位置において、前記基材フィルム上に供給された前記電極組成物の幅を制御する幅ガイド部とを備える。【選択図】図２

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は、活物質層、集電体層、セパレータ、及び、活物質層を封入する枠体等によって構成される（例えば、特許文献１参照）。リチウムイオン電池における活物質層は、例えば、帯状の基材フィルムに対して電極組成物を供給し、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。

基材フィルムへの電極組成物の供給方法としては、ホッパを用いた手法が考えられる。具体的には、ホッパ内に電極組成物を保持し、ホッパから基材フィルムに対して電極組成物を適宜供給するように制御することができる。例えば、特許文献２には、ホッパ内に電極組成物を保持するとともに、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シート状の基材に対して電極組成物を供給する技術について記載されている。

特許第６６３３８６６号公報 特開２０２０－１６１３０３号公報 特開２０２１－２７０４３号公報

基材フィルムに電極組成物を載置する際、電極組成物が基材フィルム上で広がってしまって所定の形状にならない場合がある。ここで、電極組成物は、電解液を含んだ湿潤粉体であって流動性が悪く、また、圧力が加わると固着してしまう特徴を有する。このような電極組成物について、後の工程において基材フィルム上で形を整えることは、枠体等との関係もあって容易でない。また、特許文献３には、マスクを用いて余剰分の電極組成物を基板上から除去する技術について記載されている。しかしながら、かかる手法は、装置構成及び工程が複雑になってしまうとともに、歩留まりの観点からも好ましくない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、基材フィルムに載置される電極組成物の形を、簡易且つ効率的に整えることを可能とす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、帯状の基材フィルムを搬送する搬送部と、前記基材フィルムの搬送方向における所定の供給位置に対して、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電極組成物供給部と、前記供給位置において、前記基材フィルム上に供給された前記電極組成物の幅を制御する幅ガイド部とを備える。

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、基材フィルムに載置される電極組成物の形を、簡易且つ効率的に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３Ａ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３Ｂは、実施形態の幅ガイド装置について説明するための図である。 図４は、実施形態の幅ガイド装置の一例を示す図である。 図５は、実施形態の幅ガイド装置の一例を示す図である。 図６Ａは、実施形態の幅ガイド装置の一例を示す図である。 図６Ｂは、実施形態の幅ガイド装置の一例を示す図である。 図７Ａは、実施形態の幅ガイド装置の一例を示す図である。 図７Ｂは、実施形態の幅ガイド装置の一例を示す図である。

（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２０（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等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。

＜電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法＞
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、搬送装置２００、電極組成物供給装置３００、枠体供給装置４００、プレス装置５００及び幅ガイド装置６００を含む。なお、以下では、帯状の基材フィルムが帯状の集電体２１Ｂである場合を一例として説明する。

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１０５Ｐａ）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、搬送方向Ｄａに沿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Ｄａ１、その反対方向を上流側Ｄａ２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。

なお、図２に示す通り、鉛直方向Ｄｂにおける上側をＤｂ１、鉛直方向Ｄｂにおける下側をＤｂ２とする。搬送方向Ｄａ及び鉛直方向Ｄｂに対して直交する方向は、集電体２１Ｂ、及び、集電体２１Ｂに載置される電極組成物２２ｃの幅方向に対応する。

搬送装置２００は、集電体２１Ｂを、搬送方向Ｄａの下流側Ｄａ１に搬送する。例えば、搬送装置２００は、集電体２１Ｂを下側から支持するベルトコンベアである。なお、後述の電極組成物供給装置３００による電極組成物２２ｃの供給が行なわれた後、搬送装置２００は、電極組成物２２ｃを載せた集電体２１Ｂを搬送することとなる。また、後述の枠体供給装置４００による枠体３５の供給が行なわれた後、搬送装置２００は、枠体３５及び電極組成物２２ｃを載せた集電体２１Ｂを搬送することとなる。搬送装置２００は、搬送部の一例である。

電極組成物供給装置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上に電極組成物２２ｃを供給する。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。

電極組成物供給装置３００の具体的な構成については、集電体２１Ｂの搬送方向Ｄａにおける所定の供給位置に対して電極組成物２２ｃを供給することが可能であれば特に限定されるものではないが、一例としては図３Ａに示すホッパ３１１及びシャッタ３１２から構成される。具体的には、電極組成物供給装置３００は、鉛直方向Ｄｂの下側Ｄｂ２に開口を有するホッパ３１１の内部に電極組成物２２ｃを保持するとともに、ホッパ３１１の開口をシャッタ３１２で開閉することにより、所定の供給位置に対して電極組成物２２ｃを供給することができる。

なお、集電体２１Ｂの搬送方向Ｄａにおける所定の供給位置とは、地面等を基準とした座標系における所定の位置である。所定の供給位置に供給された電極組成物２２ｃは、搬送装置２００によって、集電体２１Ｂとともに搬送方向Ｄａの下流側Ｄａ１に搬送される。

ここで、集電体２１Ｂに電極組成物２２ｃを載置する際、電極組成物２２ｃが集電体２１Ｂ上で広がってしまって所定の形状にならない場合がある。そこで、実施形態の電池用電極製造装置１０００は、図３Ｂに示すように、上記所定の供給位置に幅ガイド装置６００を備える。幅ガイド装置６００は、上記所定の供給位置において、集電体２１Ｂ上に供給された電極組成物２２ｃの幅を制御する。以下、幅ガイド装置６００の具体例について図４、図５、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂを用いて説明する。

なお、図４～図７Ｂにおいては、電極組成物供給装置３００の一例として、ムービングベルトを用いて電極組成物２２ｃを供給する例について説明する。例えば、図４～図７Ｂの電極組成物供給装置３００は、ムービングベルト３２１と、ムービングベルト３２２と、側板３２３と、側板３２４とを備える。即ち、電極組成物供給装置３００は、ムービングベルト３２１、ムービングベルト３２２、側板３２３及び側板３２４によってホッパを構成し、当該ホッパの内部に電極組成物２２ｃを保持する。そして、電極組成物供給装置３００は、ムービングベルト３２１及びムービングベルト３２２の動作を制御することにより、集電体２１Ｂに対して電極組成物２２ｃを供給する。

より具体的には、ムービングベルト３２１及びムービングベルト３２２のそれぞれは、集電体２１Ｂ及び電極組成物２２ｃの幅方向（搬送方向Ｄａ及び鉛直方向Ｄｂに直交する方向）に平行な回転軸で回転する輪状部材と、当該輪状部材を駆動する駆動ローラとを備える。電極組成物供給装置３００は、ムービングベルト３２１及びムービングベルト３２２における各輪状部材を図４に示す矢印の方向に回転させることで集電体２１Ｂに対して電極組成物２２ｃを供給し、各輪状部材の回転を停止させ、或いは逆回転させることにより、電極組成物２２ｃの供給を停止させる。

図４においては、幅ガイド装置６００の一例として、上記所定の供給位置に固定された部材６１１及び部材６１２を示す。即ち、集電体２１Ｂ及び載置された電極組成物２２ｃが搬送方向Ｄａの下流側Ｄａ１に順次搬送されるのに対し、幅ガイド装置６００は、搬送方向Ｄａにおける位置が固定される。

部材６１１及び部材６１２は、図４に示す通り、集電体２１Ｂ上に供給された電極組成物２２ｃの幅方向の両端に接することで、電極組成物２２ｃの幅方向の寸法及び側面部の形状を整える。幅ガイド装置６００によれば、電極組成物２２ｃの無駄を生じさせることなく、また、装置構成及び工程を複雑化させることなく、電極組成物２２ｃの形を整えることができる。即ち、幅ガイド装置６００によれば、集電体２１Ｂに載置される電極組成物２２ｃの形を、簡易且つ効率的に整えることができる。

部材６１１及び部材６１２は、搬送方向Ｄａにおける位置が固定されており、搬送方向Ｄａに沿って搬送される電極組成物２２ｃに対しては相対位置が移動することとなる。これにより、部材６１１及び部材６１２と電極組成物２２ｃとの間で摩擦が生じ、電極組成物２２ｃの側面部が粗くなってしまうケースが想定される。そこで、幅ガイド装置６００は、図５～図７Ｂに示すように、電極組成物２２ｃとの接触面が、搬送される電極組成物２２ｃに対して移動しないように構成されてもよい。具体的には、幅ガイド装置６００は、上記所定の供給位置において、集電体２１Ｂ上に供給された電極組成物２２ｃの幅方向の両端に接する部材と、当該部材を、電極組成物２２ｃの幅方向の両端に接した状態で、搬送方向Ｄａの下流側Ｄａ１に向けて集電体２１Ｂ及び電極組成物２２ｃと同じ速度で移動させる駆動装置とから構成されてもよい。

図５においては、幅ガイド装置６００の一例として、円盤状部材６２１及び円盤状部材６２２を示す。円盤状部材６２１及び円盤状部材６２２は、鉛直方向Ｄｂを回転軸として回転する。図５において、幅ガイド装置６００は、図示しない駆動装置を更に備える。当該駆動装置は、モータ等を用いて発生させた動力を用いて、円盤状部材６２１及び円盤状部材６２２を回転させる。

具体的には、駆動装置は、円盤状部材６２１及び円盤状部材６２２のうち電極組成物２２ｃに接する位置の速度が、集電体２１Ｂ及び電極組成物２２ｃと同じ速度になるように、円盤状部材６２１及び円盤状部材６２２を回転させる。図５において、駆動装置は、円盤状部材６２２を図５の矢印に示す方向に回転させ、円盤状部材６２１を円盤状部材６２２とは反対の方向に回転させる。

円盤状部材６２１及び円盤状部材６２２は、集電体２１Ｂ上に供給された電極組成物２２ｃの幅方向の両端に接することで、電極組成物２２ｃの幅方向の寸法及び側面部の形状を整える。円盤状部材６２１及び円盤状部材６２２によれば、電極組成物２２ｃの無駄を生じさせることなく、また、装置構成及び工程を複雑化させることなく、電極組成物２２ｃの形を整えることができる。また、円盤状部材６２１及び円盤状部材６２２は、接触面を電極組成物２２ｃと同じ速度で移動させ、電極組成物２２ｃとの摩擦が生じないように制御される。即ち、円盤状部材６２１及び円盤状部材６２２によれば、集電体２１Ｂに載置される電極組成物２２ｃの形を、簡易且つ効率的に、より精度良く整えることができる。

図６Ａにおいては、幅ガイド装置６００の一例として、輪状部材６３１及び輪状部材６３２を示す。輪状部材６３１及び輪状部材６３２は、ローラ６３３等の駆動装置により、鉛直方向Ｄｂを回転軸として回転する。具体的には、ローラ６３３等の駆動装置は、輪状部材６３１及び輪状部材６３２のうち電極組成物２２ｃに接する位置の速度が、集電体２１Ｂ及び電極組成物２２ｃと同じ速度になるように、輪状部材６３１及び輪状部材６３２を回転させる。

図６Ａの幅ガイド装置６００について、図６Ｂを用いてより詳細に説明する。図６Ｂでは、輪状部材６３１、及び、輪状部材６３１を駆動するローラ６３３を拡大して図示する。輪状部材６３１は、側板３２３と集電体２１Ｂとの間の隙間にはめこまれるように、厚さ（鉛直方向Ｄｂの寸法）が制御される。また、輪状部材６３１は、集電体２１Ｂ上に載置された電極組成物２２ｃと同じ厚さを有する。これにより、輪状部材６３１は、側板３２３と集電体２１Ｂとの間の隙間を通して、集電体２１Ｂ上に供給された電極組成物２２ｃの側面部に接触する。

輪状部材６３１及び輪状部材６３２は、集電体２１Ｂ上に供給された電極組成物２２ｃの幅方向の両端に接することで、電極組成物２２ｃの幅方向の寸法及び側面部の形状を整える。輪状部材６３１及び輪状部材６３２によれば、電極組成物２２ｃの無駄を生じさせることなく、また、装置構成及び工程を複雑化させることなく、電極組成物２２ｃの形を整えることができる。また、輪状部材６３１及び輪状部材６３２は、接触面を電極組成物２２ｃと同じ速度で移動させ、電極組成物２２ｃとの摩擦が生じないように制御される。即ち、輪状部材６３１及び輪状部材６３２によれば、集電体２１Ｂに載置される電極組成物２２ｃの形を、簡易且つ効率的に、より精度良く整えることができる。

図７Ａにおいては、幅ガイド装置６００の一例として、輪状部材６４１及び輪状部材６４２を示す。輪状部材６４１及び輪状部材６４２は、ローラ６４３等の駆動装置により、幅方向を回転軸として回転する。具体的には、ローラ６４３等の駆動装置は、輪状部材６４１及び輪状部材６４２のうち電極組成物２２ｃに接する位置の速度が、集電体２１Ｂ及び電極組成物２２ｃと同じ速度になるように、輪状部材６４１及び輪状部材６４２を回転させる。

図７Ａの幅ガイド装置６００について、図７Ｂを用いてより詳細に説明する。図７Ｂでは、輪状部材６４２を拡大して図示する。図７Ｂに示す通り、輪状部材６４２は、集電体２１Ｂ上に載置された電極組成物２２ｃと同じ厚さを有する。また、輪状部材６４２は、側板３２３と集電体２１Ｂとの間の隙間にはめこまれるように、厚さが制御される。輪状部材６４１は、側板３２３と集電体２１Ｂとの間の隙間を通して、集電体２１Ｂ上に供給された電極組成物２２ｃに接触する。

輪状部材６４１及び輪状部材６４２は、集電体２１Ｂ上に供給された電極組成物２２ｃの幅方向の両端に接することで、電極組成物２２ｃの幅方向の寸法及び側面部の形状を整える。輪状部材６４１及び輪状部材６４２によれば、電極組成物２２ｃの無駄を生じさせることなく、また、装置構成及び工程を複雑化させることなく、電極組成物２２ｃの形を整えることができる。また、輪状部材６４１及び輪状部材６４２は、接触面を電極組成物２２ｃと同じ速度で移動させ、電極組成物２２ｃとの摩擦が生じないように制御される。即ち、輪状部材６４１及び輪状部材６４２によれば、集電体２１Ｂに載置される電極組成物２２ｃの形を、簡易且つ効率的に、より精度良く整えることができる。

また、図５に示した円盤状部材６２１及び円盤状部材６２２、図６Ａに示した輪状部材６３１及び輪状部材６３２には、幅方向に移動する部分が含まれる。即ち、円盤状部材６２１、円盤状部材６２２、輪状部材６３１及び輪状部材６３２は、搬送方向Ｄａについては集電体２１Ｂと同じ速度で移動し、摩擦を回避することができるが、幅方向について集電体２１Ｂとの摩擦を生じてしまう場合がある。これに対し、図７Ａに示した輪状部材６４１及び輪状部材６４２には、幅方向に移動する部分が含まれていないため、集電体２１Ｂとの摩擦を回避することが可能である。

図２に戻って説明を続ける。枠体供給装置４００は、搬送される集電体２１Ｂに対して枠体３５を供給する。例えば、枠体供給装置４００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。或いは、枠体供給装置４００は、集電体２１Ｂの上で枠体３５を製造してもよい。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。

プレス装置５００は、集電体２１Ｂに供給された電極組成物２２ｃを圧縮する。例えば、プレス装置５００は、図２に示す通り、上部ローラ５０１及び下部ローラ５０２を有する。プレス装置５００は、上部ローラ５０１及び下部ローラ５０２により、集電体２１Ｂに供給された電極組成物２２ｃを挟み込んで圧縮する。即ち、プレス装置５００は、電極組成物２２ｃに対するロールプレスを実行する。

図２においては、電極組成物供給装置３００による電極組成物２２ｃの供給後に、枠体供給装置４００による枠体３５の供給が行なわれる例を説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、枠体供給装置４００による枠体３５の供給が行なわれた後、枠体３５の内部の位置に対して、電極組成物供給装置３００による電極組成物２２ｃの供給が行なわれてもよい。また、図２では枠体供給装置４００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４００はチャンバ１００の外部に配置されてもよい。

上述した通り、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、プレス装置５００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。

プレス装置５００による圧縮工程の後、図１に示したセパレータ３０が更に供給され、単セル１０が作製される。セパレータ３０の供給は、搬送方向Ｄａ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や電極組成物２２ｃ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：搬送装置
３００：電極組成物供給装置
３１１：ホッパ
３１２：シャッタ
３２１，３２２：ムービングベルト
３２３，３２４：側板
４００：枠体供給装置
５００：プレス装置
５０１：上部ローラ
５０２：下部ローラ
６００：幅ガイド装置
６１１，６１２：部材
６２１，６２２：円盤状部材
６３１，６３２，６４１，６４２：輪状部材
６３３，６４３：ローラ
１０００：電池用電極製造装置
Ｄａ：搬送方向
Ｄａ１：下流側
Ｄａ２：上流側
Ｄｂ：鉛直方向
Ｄｂ１：上側
Ｄｂ２：下側

Claims (7)

1. 帯状の基材フィルムを搬送する搬送部と、
   前記基材フィルムの搬送方向における所定の供給位置に対して、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電極組成物供給部と、
   前記供給位置において、前記基材フィルム上に供給された前記電極組成物の幅を制御する幅ガイド部と
   を備えた電池用電極製造装置。
2. 前記幅ガイド部は、
   前記供給位置において、前記基材フィルム上に供給された前記電極組成物の幅方向の両端に接する部材と、
   前記部材を、前記電極組成物の幅方向の両端に接した状態で、前記搬送方向の下流側に向けて、前記基材フィルム及び前記電極組成物と同じ速度で移動させる駆動装置と
   を備える、請求項１に記載の電池用電極製造装置。
3. 前記部材は、鉛直方向を回転軸として回転する円盤状部材であり、
   前記駆動装置は、前記円盤状部材のうち前記電極組成物に接する位置の速度が、前記基材フィルム及び前記電極組成物と同じ速度になるように、前記円盤状部材を回転させる、請求項２に記載の電池用電極製造装置。
4. 前記部材は、鉛直方向を回転軸として回転する輪状部材であり、
   前記駆動装置は、前記輪状部材のうち前記電極組成物に接する位置の速度が、前記基材フィルム及び前記電極組成物と同じ速度になるように、前記輪状部材を回転させる、請求項２に記載の電池用電極製造装置。
5. 前記部材は、前記幅方向を回転軸として回転する輪状部材であり、
   前記駆動装置は、前記輪状部材のうち前記電極組成物に接する位置の速度が、前記基材フィルム及び前記電極組成物と同じ速度になるように、前記輪状部材を回転させる、請求項２に記載の電池用電極製造装置。
6. 前記幅ガイド部は、前記供給位置に固定され、前記基材フィルム上に供給された前記電極組成物の幅方向の両端に接する部材である、請求項１に記載の電池用電極製造装置。
7. 搬送される帯状の基材フィルムの搬送方向における所定の供給位置に対して、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し、
   前記供給位置において、前記基材フィルム上に供給された前記電極組成物の幅を制御する
   ことを含む、電池用電極製造方法。

Images