JP2023119248A - Battery electrode manufacturing device and battery electrode manufacturing method - 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、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。 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 composed of an active material layer, a current collector layer, a separator, a frame enclosing the active material layer, and the like (see, for example, Patent Document 1). An active material layer in a lithium ion battery can be formed, for example, by supplying an electrode composition to a strip-shaped base film and compressing it by roll press or the like.
ここで、基材フィルムへの電極組成物の供給、ロールプレスといった各種の工程を、内部が大気圧よりも減圧されたチャンバ内で実行することにより、電極組成物の内部に空気が残留することを防止し、活物質層の均一性を向上させることができる。このため、チャンバにはスリットが設けられ、基材フィルムは当該スリットを通してチャンバ内に搬送される。 Here, by performing various steps such as supplying the electrode composition to the base film and roll pressing in a chamber whose interior is evacuated below atmospheric pressure, air remains inside the electrode composition. can be prevented, and the uniformity of the active material layer can be improved. For this reason, a slit is provided in the chamber, and the substrate film is conveyed into the chamber through the slit.
チャンバにスリットを設けつつ、チャンバ内の減圧状態を維持するため、基材フィルムとスリットとの隙間(クリアランス)が生じないように、スリットを細く構成することが考えられる。しかしながら、クリアランスが無い状態では、スリットを通る際に基材フィルムが摩耗してしまったり、引っかかってしまったりするケースが想定される。 In order to maintain a decompressed state in the chamber while providing the slit in the chamber, it is conceivable to configure the slit narrow so as not to create a gap (clearance) between the substrate film and the slit. However, when there is no clearance, it is assumed that the base film may be worn or caught when passing through the slit.
チャンバ内の減圧状態を維持するための技術として、特許文献2には、高真空へ順次複数段階的に減圧させることについて記載されている。また、特許文献3には、真空室の外部との間を連続的に移動する帯状体の移動路中に、スリットを長く存在させることで通気抵抗を大きくすることについて記載されている。特許文献2や特許文献3に記載の構成によれば、スリットと基材フィルムとの間にクリアランスを設けることは可能であるが、大掛かりな構成が必要となる点で課題があった。 As a technique for maintaining the reduced pressure state in the chamber, Patent Literature 2 describes sequential pressure reduction to high vacuum in a plurality of stages. Further, Patent Document 3 describes that ventilation resistance is increased by providing a long slit in the movement path of a belt-shaped body that continuously moves between the outside of the vacuum chamber. According to the configurations described in Patent Documents 2 and 3, it is possible to provide a clearance between the slit and the base film, but there is a problem in that a large-scale configuration is required.
ところで、チャンバの外部には、基材フィルムを搬送するためのローラが設けられている。当該ローラは、基材フィルムと密着しており、当該ローラと基材フィルムとの間を空気が通ってしまうことはほとんど無いと言える。そこで、当該ローラとチャンバの外面との隙間を埋める部材を設けることによって、チャンバへの空気の流入を抑制することが考えられる。しかしながら、かかる構成においても、ローラを回転させるためのクリアランスが必要であるため、チャンバへの空気の流入を遮断するには至らなかった。 By the way, rollers for conveying the base film are provided outside the chamber. The roller is in close contact with the base film, and it can be said that air hardly passes between the roller and the base film. Therefore, it is conceivable to suppress the inflow of air into the chamber by providing a member that fills the gap between the roller and the outer surface of the chamber. However, even in such a configuration, since a clearance is required for rotating the roller, the inflow of air into the chamber cannot be blocked.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でチャンバ内の減圧状態を維持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。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a battery electrode manufacturing apparatus and a battery electrode manufacturing method capable of maintaining a reduced pressure state in a chamber with a simple configuration. 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、内部が大気圧よりも減圧されたチャンバと、前記チャンバの外部に設けられた2つのローラで帯状の基材フィルムを挟み込みつつ当該ローラを回転させることで、前記チャンバに設けられたスリットを通して帯状の基材フィルムを前記チャンバ内に搬送する搬送部と、前記ローラと前記チャンバの外面との間の隙間に設けられ、前記チャンバへの空気の流入を抑制する第1抑制部と、前記ローラと前記第1抑制部との間の隙間に設けられ、前記チャンバへの空気の流入を抑制する第2抑制部とを備える。 In order to achieve the above object, the battery electrode manufacturing apparatus according to the present invention includes a chamber in which the inside pressure is reduced below atmospheric pressure, and two rollers provided outside the chamber to sandwich a strip-shaped base film. provided in a gap between the roller and the outer surface of the chamber; A first suppressing portion that suppresses inflow of air into the chamber, and a second suppressing portion that is provided in a gap between the roller and the first suppressing portion and suppresses inflow of air into the chamber.
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、簡易な構成でチャンバ内の減圧状態を維持することができる。 According to the battery electrode manufacturing apparatus and the battery electrode manufacturing method of the present invention, it is possible to maintain the reduced pressure state in the chamber with a simple configuration.
(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。
(embodiment)
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。
<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等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 constituting 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 ratio of the non-aqueous electrolyte in the wet powder is not particularly limited, but in the case of the negative 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. 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
<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。
<Battery Electrode Manufacturing Apparatus and Battery Electrode Manufacturing Method>
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、搬送装置200、電極組成物供給装置300、枠体供給装置400及びプレス装置500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。
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。
For example, a
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。
As shown in FIG. 2, the upper side in the vertical direction Db is Db1, and the lower side in the vertical direction Db is Db2. A direction orthogonal to the transport direction Da and the vertical direction Db corresponds to the width direction of the
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、チャンバ100の外部において、搬送装置200は、2つのローラで集電体21Bを挟み込みつつ当該ローラを回転させることで、集電体21Bを搬送方向Daの下流側Da1に搬送する。これにより、搬送装置200は、スリットを通して集電体21Bをチャンバ100内に搬送する。また、チャンバ100の内部において、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により、集電体21Bを搬送方向Daの下流側Da1に搬送する。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。
The
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。一例を挙げると、電極組成物供給装置300は、ホッパ及びシャッタから構成される。この場合、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1の内部に電極組成物22cを保持するとともに、ホッパの開口をシャッタで開閉することにより、所定の供給位置に対して所定量の電極組成物22cを供給することができる。
The electrode
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。
In the embodiment, the
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。
The
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。
The
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。
After the compression process by the
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。
In FIG. 2, an example in which the
次に、チャンバ100に設けられたスリットの近傍の構成について、図3を用いて説明する。なお、図3において、スリットより上流側Da2はチャンバ100の外部を示し、スリットより下流側Da1はチャンバ100の内部を示す。
Next, the configuration near the slits provided in the
図3に示す通り、スリットの近傍には、ローラ211及びローラ212が設けられる。ローラ211及びローラ212は、回転することによって集電体21Bを搬送する。即ち、搬送装置200は、チャンバ100の外部に設けられたローラ211及びローラ212で集電体21Bを挟み込みつつ当該ローラを回転させることで、スリットを通して集電体21Bをチャンバ100内に搬送する。
As shown in FIG. 3,
更に、スリットの近傍には、ローラ211及びローラ212と、チャンバ100の外面との間の隙間に設けられ、チャンバ100への空気の流入を抑制する部材611及び部材612が設けられる。部材611及び部材612は、第1抑制部の一例である。即ち、集電体21B、ローラ211、ローラ212、部材611及び部材612によってチャンバ100のスリットが覆われ、チャンバ100への空気の流入が抑制される。
Further, in the vicinity of the slit,
なお、ローラ211及びローラ212と集電体21Bとは密着しているものの、集電体21Bの表面粗さ等によっては、ローラ211及びローラ212と、集電体21Bとの間から、空気が流入してしまうケースも想定される。そこで、搬送装置200は、ローラ211及びローラ212に代えて、表面が弾性体で構成されたローラを用いて集電体21Bを搬送することとしてもよい。
Although the
例えば、搬送装置200は、図4に示す通り、基台221a及び弾性体221bから構成されるローラ221、及び、基台222a及び弾性体222bから構成されるローラ222を用いて、集電体21Bを搬送することとしてもよい。弾性体221b及び弾性体222bは、例えばゴムやエラストマ等で構成される。ローラの側面を弾性体221b及び弾性体222bで構成することにより、集電体21Bとの密着度が向上し、ローラと集電体21Bとの間からの空気の流入が抑制される。
For example, as shown in FIG. 4, the conveying
なお、図4においては、集電体21Bを挟み込む2つのローラの双方について、側面を弾性体で構成する例について説明した。しかしながら実施形態はこれに限定されるものではなく、集電体21Bを挟み込む2つのローラの一方についてのみ、側面を弾性体で構成しても構わない。また、図4においては、ローラの側面を弾性体で構成する手法として、基台221a及び基台222aの周囲を、弾性体221b及び弾性体222bで覆う例を図示した。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、例えば、ローラの全体を弾性体で構成するようにしても構わない。
In addition, in FIG. 4, the example in which the side surfaces of both the two rollers sandwiching the
ここで、図3に示した通り、ローラ211と部材611との間、及び、ローラ212と部材612との間には隙間が空いている。図4においても同様に、ローラ221と部材611との間、及び、ローラ222と部材612との間には、隙間が空いている。かかる隙間は、ローラ211等のローラが回転するためのクリアランスである。かかる隙間からチャンバ100内部へ空気が流入し、減圧状態を十分に維持できなくなるケースが想定される。
Here, as shown in FIG. 3, there are gaps between the
そこで、電池用電極製造装置1000は、ローラ211等のローラと、部材611等の第1抑制部との間の隙間からの空気の流入を抑制する第2抑制部を更に備えてもよい。以下、第2抑制部の例について、図5~図14を用いて説明する。なお、図5~図14においては、集電体21Bを搬送するためのローラとして、側面が弾性体で構成されたローラ221及びローラ222が設けられた例について説明する。
Therefore, the battery
図5においては、第2抑制部の一例として、弁711及び弁712を図示する。例えば、弁711は、部材611に対して取り付けられ、ローラ221における回転軸に対して平行な側面も接するように構成される。なお、以下では、ローラ221における回転軸に対して平行な側面を、単に、ローラ221の側面とも記載する。即ち、弁711は、部材611、及び、ローラ221の側面に接するように構成され、部材611とローラ221との間からの空気の流入を抑制する。同様に、弁712は、部材612、及び、ローラ222の側面に接するように構成され、部材612とローラ222との間からの空気の流入を抑制する。
In FIG. 5,
図6においては、第2抑制部の一例として、弁721及び弁722を図示する。図5の弁711と同様、弁721は、部材611、及び、ローラ221の側面に接するように構成され、部材611とローラ221との間からの空気の流入を抑制する。また、図5の弁712と同様、弁722は、部材612、及び、ローラ222の側面に接するように構成され、部材612とローラ222との間からの空気の流入を抑制する。
FIG. 6 illustrates the
ここで、図5及び図6に示した通り、空気の流入を抑制するための弁が設けられる位置について特に限定されるものではない。例えば、図5の弁711は、ローラ221の形状に応じて部材611に設けられた窪みの内部に取り付けられているのに対し、図6の弁721は、部材611における上流側Da2の側面に取り付けられている。
Here, as shown in FIGS. 5 and 6, the position of the valve for suppressing the inflow of air is not particularly limited. For example, the
図5及び図6に示した各種の弁によれば、簡易な構成でチャンバ100内の減圧状態を維持することが可能である。但し、ローラと弁との間で摩擦が生じるため、ローラ221等のローラが摩耗してしまうケースが想定される。
According to various valves shown in FIGS. 5 and 6, it is possible to maintain the reduced pressure state in the
そこで、電池用電極製造装置1000は、図7に示すように、ローラ221の側面に接する輪状部材731a、及び、ローラ222の側面に接する輪状部材732aを備えてもよい。ここで、輪状部材731aは、図7の矢印に示す通り、ローラ221の回転に噛み合った状態で回転する。即ち、輪状部材731aにおいてローラ221に当接する位置と、ローラ221において輪状部材731aに当接する位置とが同じ方向に同じ速さで移動するように構成される。輪状部材731aは、図示しないモータ等によって駆動されてもよいし、ローラ221によって駆動されてもよい。同様に、輪状部材732aは、ローラ222の回転に噛み合った状態で回転する。
Therefore, the battery
図7に示す通り、電池用電極製造装置1000は、輪状部材731a及び部材611に接する弁731b、及び、輪状部材732a及び部材612に接する弁732bを更に備える。図7においては、集電体21B、ローラ221、ローラ222、輪状部材731a、輪状部材732a、弁731b、弁732b、部材611及び部材612によってチャンバ100のスリットが覆われ、チャンバ100への空気の流入が抑制される。更に、図7において、弁731b及び弁732bは、ローラ221及びローラ222には接しておらず、これらローラの摩耗は回避される。輪状部材731a、輪状部材732a、弁731b及び弁732bは、第2抑制部の一例である。
As shown in FIG. 7, the battery
図8A及び図8Bは、図7の輪状部材731a及び輪状部材732aに代えて、空気流入抑制ローラ741a及び空気流入抑制ローラ742aが設けられる例を図示する。なお、図8Aが搬送方向Da及び鉛直方向Dbに直交した幅方向から図示した図であるのに対し、図8Bは斜視図である。
8A and 8B illustrate an example in which an air
空気流入抑制ローラ741aは、ローラ221の回転に噛み合った状態で回転する。空気流入抑制ローラ741aは、図示しないモータ等によって駆動されてもよいし、ローラ221によって駆動されてもよい。同様に、空気流入抑制ローラ742aは、ローラ222の回転に噛み合った状態で回転する。図8A及び図8Bにおいては、集電体21B、ローラ221、ローラ222、空気流入抑制ローラ741a、空気流入抑制ローラ742a、弁741b、弁742b、部材611及び部材612によってチャンバ100のスリットが覆われ、チャンバ100への空気の流入が抑制される。更に、図8A及び図8Bにおいて、弁741b及び弁742bは、ローラ221及びローラ222には接しておらず、これらローラの摩耗は回避される。空気流入抑制ローラ741a、空気流入抑制ローラ742a、弁741b及び弁742bは、第2抑制部の一例である。
The air
上述した各種の第2抑制部により、ローラ221等のローラにおける、回転軸に対して平行な側面からの空気の流入を抑制することが可能である。ここで、チャンバ100内の減圧状態をより十分に維持するためには、ローラ221等のローラにおける、回転軸に対して直交する底面からの空気の流入についても抑制することが好ましい。
It is possible to suppress the inflow of air from the side surface parallel to the rotation axis of the roller such as the
図9は、スリット近傍の構成(ローラ221等)を、鉛直方向Dbの上側Db1から図示したものである。なお、図9では、部材611や、図5~図8Bに示した各種の第2抑制部は省略している。図9に示す通り、電池用電極製造装置1000は、ローラ221とチャンバ100の外面との間の隙間に設けられ、チャンバ100への空気の流入を抑制する部材621及び部材622を備える。部材621及び部材622は、第1抑制部の一例である。なお、図3~図8Bに示した部材611及び部材612と、図9に示した部材621及び部材622とは、それぞれ異なる部材であってもよいし、一体的に構成されてもよい。
FIG. 9 shows the configuration (
以下で説明する通り、電池用電極製造装置1000は、第2抑制部として、ローラ221等のローラにおける回転軸に対して直交する底面、及び、部材621等の第1抑制部に接する底面部材を備えてもよい。かかる底面部材の例として、図10では、部材751a及び部材751bを図示する。
As described below, the battery
図10に示す通り、部材751aは、ローラ221の回転軸に対してはめ込まれるブッシュである。部材751aは、ローラ221の底面と、図9に示した部材622との間の隙間を埋めて、ローラ221の底面からの空気の流入を抑制する。同様に、部材751bは、ローラ222の底面と、部材622との間の隙間を埋めて、ローラ222の底面からの空気の流入を抑制する。なお、部材751a及び部材751bにより、ローラ221の底面からの空気の流入を完全には遮蔽できない場合であっても、底面から流入する空気の流れを層流でなく乱流状にして、空気の粘性抵抗を上げ、流入量を減少させることができる。
As shown in FIG. 10, the
なお、図10では図示を省略するが、ローラ221及びローラ222の反対側の底面に対しても、部材751a及び部材751bと同様の部材がはめ込まれる。部材751a及び部材751bは、例えばフェルトで構成される。
Although not shown in FIG. 10, members similar to the
図10では、ローラ221の回転軸に対して部材751aがはめ込まれ、ローラ222の回転軸に対して部材751bがはめ込まれる例を図示した。即ち、図10では、ローラごと個別に部材がはめ込まれる例を図示した。しかしながら、ローラ221及びローラ222に対して単一の部材がはめ込まれるように構成されても構わない。
FIG. 10 illustrates an example in which the
例えば、電池用電極製造装置1000は、図10の部材751a及び部材751bに代えて、図11に示すブレード752を備えてもよい。即ち、ブレード752は、底面部材の一例である。図11に示す通り、ブレード752は、各ローラの回転軸から放射状に広がった稜線を有する波状の板である。これにより、ローラ221及びローラ222の底面と部材622との間の隙間を埋めて空気の流入を抑制しつつも、ローラ221及びローラ222との接触面積を小さくし、ローラ221及びローラ222の回転を妨げないようにすることができる。
For example, the battery
或いは、電池用電極製造装置1000は、底面部材として、図12に示すブレード753を備えてもよい。ブレード753は、鉛直方向に平行な稜線を有する波状の板である。或いは、電池用電極製造装置1000は、底面部材として、図13に示すブレード754を備えてもよい。ブレード754は、鉛直方向に平行な稜線を多数有する波状の板である。ブレード753又はブレード754により、ローラ221及びローラ222の底面と部材622との間の隙間を埋めて空気の流入を抑制しつつも、ローラ221及びローラ222との接触面積を小さくし、ローラ221及びローラ222の回転を妨げないようにすることができる。
Alternatively, the battery
或いは、電池用電極製造装置1000は、底面部材として、図14に示す部材755を備えてもよい。部材755は、ローラ221及びローラ222に接する側の面に絨毛を有する。かかる絨毛により、ローラ221及びローラ222の底面と部材622との間の隙間を埋めて空気の流入を抑制しつつも、ローラ221及びローラ222との摩擦を小さくし、ローラ221及びローラ222の回転を妨げないようにすることができる。
Alternatively, the battery
なお、上述した実施形態では、ローラ221及びローラ222等、1対のローラのみを図示して説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、1対のローラを複数設けても構わない。かかる場合においては、1対のローラそれぞれに対して、上述した第1抑制部及び第2抑制部が設けられても構わない。即ち、上述した実施形態に対し、前室を複数設け、段階的に減圧するように構成することとしても構わない。
In addition, in the above-described embodiment, only one pair of rollers such as the
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。
Further, in the above-described embodiment, 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。
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。
Further, when the release film is used as the base film, the
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。
Alternatively, the
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。 As described above, the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment. is also included. Furthermore, it goes without saying that the configurations shown in the respective embodiments can be used in combination as appropriate.
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
211,212,221,222:ローラ
221a,222a:基台
221b,222b:弾性体
300:電極組成物供給装置
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
611,612,621,622,751a,751b,755:部材
711,712,721,722,731b,732b,741b,742b:弁
731a,732a:輪状部材
741a,742a:空気流入抑制ローラ
752,753,754:ブレード
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
10: Single cell 20:
Claims (12)
前記チャンバの外部に設けられた2つのローラで帯状の基材フィルムを挟み込みつつ当該ローラを回転させることで、前記チャンバに設けられたスリットを通して帯状の基材フィルムを前記チャンバ内に搬送する搬送部と、
前記ローラと前記チャンバの外面との間の隙間に設けられ、前記チャンバへの空気の流入を抑制する第1抑制部と、
前記ローラと前記第1抑制部との間の隙間に設けられ、前記チャンバへの空気の流入を抑制する第2抑制部と
を備えた電池用電極製造装置。 a chamber whose interior is evacuated below atmospheric pressure;
A transport unit that transports a strip-shaped base film into the chamber through a slit provided in the chamber by rotating the two rollers provided outside the chamber while sandwiching the strip-shaped base film. and,
a first suppressing portion provided in a gap between the roller and the outer surface of the chamber to suppress inflow of air into the chamber;
A battery electrode manufacturing apparatus, comprising: a second suppressing section provided in a gap between the roller and the first suppressing section to suppress inflow of air into the chamber.
前記ローラと前記チャンバの外面との間の隙間に設けられた第1抑制部により前記チャンバへの空気の流入を抑制し、
前記ローラと前記第1抑制部との間の隙間に設けられた第2抑制部により前記チャンバへの空気の流入を抑制する
ことを含む、電池用電極製造方法。 A belt-shaped base film is sandwiched between two rollers provided outside a chamber whose interior is evacuated below atmospheric pressure, and the rollers are rotated to allow the belt-shaped base film to pass through a slit provided in the chamber. conveying into the chamber;
suppressing the inflow of air into the chamber by a first suppressing portion provided in the gap between the roller and the outer surface of the chamber;
A method for manufacturing a battery electrode, comprising: suppressing an inflow of air into the chamber by a second suppressing portion provided in a gap between the roller and the first suppressing portion.
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