JP2023128855A - 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】チャンバ内に流入する空気に起因する基材フィルムの振動を抑制すること。【解決手段】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、前記チャンバへの空気の流入が生じる箇所において、前記基材フィルムを曲面に押し当てる押当部とを備える。【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。

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。

特許第６６３３８６６号公報 特開２０１０－１７４２６４号公報

チャンバ内の減圧状態を維持するため、例えばスリットを細く構成する等して、空気の流入を抑制することが考えられる。例えば、特許文献２には、チャンバ内の減圧状態を維持するための技術として、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。しかしながら、空気の流入を完全に遮断することは難しく、例えばスリットと基材フィルムとの隙間から、いくらかの空気は流入してしまう。この際、流入する空気によってカルマン渦が生じ、基材フィルムが振動してしまう場合がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、チャンバ内に流入する空気に起因する基材フィルムの振動を抑制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。

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、前記チャンバへの空気の流入が生じる箇所において、前記基材フィルムを曲面に押し当てる押当部とを備える。

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、チャンバ内に流入する空気に起因する基材フィルムの振動を抑制することができる。

図１は、実施形態の電池用電極製造装置を用いて製造される電池の単セルの断面模式図である。 図２は、実施形態の電池用電極製造装置の概略図である。 図３は、実施形態のスリット近傍の構成例を示す図である。 図４は、実施形態の押当部の一例を示す図である。 図５は、実施形態の押当部の一例を示す図である。 図６は、実施形態の押当部の一例を示す図である。 図７は、実施形態の押当部の一例を示す図である。 図８Ａは、実施形態の吸気部の一例を示す図である。 図８Ｂは、実施形態の吸気部の一例を示す図である。 図９Ａは、実施形態の吸気部の一例を示す図である。 図９Ｂは、実施形態の吸気部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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図３に示す通り、スリットの近傍には、ローラ７１１及びローラ７１２が設けられる。ローラ７１１及びローラ７１２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７１１及びローラ７１２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。

更に、スリットの近傍には、ローラ７１１及びローラ７１２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、空気流入抑制部の一例である。即ち、集電体２１Ｂ、ローラ７１１、ローラ７１２、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。

しかしながら、図３に示す構成においても、チャンバ１００内への空気の流入を完全に遮断することは困難である。例えば、図３に示す通り、ローラ７１１と部材６１１との間、及び、ローラ７１２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７１１及びローラ７１２が回転するためのクリアランスである。また、チャンバ１００におけるスリットと集電体２１Ｂとの間にも隙間が空いている。かかる隙間は、集電体２１Ｂが引っかかることなくスリット内を通過するためのクリアランスである。例えば、ローラ７１１と部材６１１との間、或いはローラ７１２と部材６１２との間から流入した空気は、スリットと集電体２１Ｂとの隙間を通って、チャンバ１００内に流入する。

ここで、ローラ７１１と部材６１１との隙間を通る空気、ローラ７１２と部材６１２との隙間を通る空気、スリットと集電体２１Ｂとの隙間を通る空気などによって、カルマン渦が生じてしまう場合がある。以下、このような空気の通り道となる隙間の近傍を、チャンバ１００への空気の流入が生じる箇所と記載する。カルマン渦とは、流れのなかに障害物を置いた時、その後方に交互にできる渦の列である。このような渦は励振力を持ち、流れ場の中にある物体を振動させる。即ち、カルマン渦が生じることによって集電体２１Ｂが振動し、集電体２１Ｂが損傷しまう場合があった。カルマン渦による振動については、集電体２１Ｂにテンションを付加することによって軽減することが可能である。但し、集電体２１Ｂに付加できるテンションには限りがあり、振動を十分には抑制できない場合があった。

そこで、実施形態の電池用電極製造装置１０００は、チャンバ１００への空気の流入が生じる箇所において集電体２１Ｂを曲面に押し当てる押当部により、集電体２１Ｂの振動を抑制する。以下、押当部の一例について、図４を用いて説明する。

図４において、ローラ７２１及びローラ７２２は、集電体２１Ｂを挟み込んで回転することにより、集電体２１Ｂを搬送方向Ｄａの下流側Ｄａ１に搬送する。また、図４において、部材６１１は、ローラ７２１とチャンバ１００の外面との間の隙間を埋めるように配置される。また、部材６１２は、ローラ７２２とチャンバ１００の外面との間の隙間を埋めるように配置される。

また、ローラ７２３は、集電体２１Ｂに対し、搬送方向Ｄａに交差する方向の力を付加することで、集電体２１Ｂを、ローラ７２２の側面における角度θに対応する部分に押し当てる。即ち、ローラ７２３は、押当部の一例であり、チャンバ１００への空気の流入が生じる箇所において集電体２１Ｂを曲面に押し当てる。これにより、ローラ７２１と部材６１１との隙間を通る空気によってカルマン渦が生じるとしても、カルマン渦が生じる箇所の集電体２１Ｂはローラ７２２に押し当てられた状態となっているため、振動は抑制される。

なお、図４では、ローラ７２１に対して、ローラ７２２の半径が大きいものとして図示している。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、ローラ７２１とローラ７２２とは同じサイズであってもよい。但し、局面に押し当てられた集電体２１Ｂの曲率が大きくなり過ぎると、集電体２１Ｂの損傷が生じるおそれがある。集電体２１Ｂの損傷を回避する観点からは、ローラ７２２の半径は大きい方が好ましい。なお、図４に示す例では、チャンバ１００のスリット部分でのカルマン渦の発生を防ぐため、スリットを広めに設定することが好ましい。

以下、押当部の別の例について、図５を用いて説明する。図５において、ローラ７３１及びローラ７３２は、集電体２１Ｂを挟み込んで回転することにより、集電体２１Ｂを搬送方向Ｄａの下流側Ｄａ１に搬送する。また、図５において、部材６１１は、ローラ７３１とチャンバ１００の外面との間の隙間を埋めるように配置される。また、部材６１２は、ローラ７３２とチャンバ１００の外面との間の隙間を埋めるように配置される。

また、ローラ７３３は、集電体２１Ｂに対し、搬送方向Ｄａに交差する方向の力を付加することで、集電体２１Ｂを、曲面状の補強体７３４に押し当てる。補強体７３４は、図５に示す通り、スリットの内部に設けられる。補強体７３４の材料について特に限定されるものではないが、集電体２１Ｂとの摩擦が生じにくい材料で構成することが好ましい。即ち、ローラ７３３は、押当部の一例であり、チャンバ１００への空気の流入が生じる箇所において集電体２１Ｂを曲面に押し当てる。これにより、ローラ７３１と部材６１１との隙間を通る空気、チャンバ１００のスリットを通る空気などによってカルマン渦が生じるとしても、カルマン渦が生じる箇所の集電体２１Ｂはローラ７２２に押し当てられた状態となっているため、振動は抑制される。

なお、図５はあくまで一例であり、スリット近傍の具体的な構成については種々の変形が可能である。変形例の１つを図６に示す。図６において、ローラ７４１及びローラ７４２は、帯状の集電体２１Ｂに対して下側Ｄｂ２の力を付加することにより、集電体２１Ｂを、曲面状の補強体７４３に押し当てる。

図６においては、図５に示した部材６１１及び部材６１２に相当する部材が省略されている。即ち、図６においては、部材６１１及び部材６１２によって空気の流入を抑制することなく、スリットを細く構成することによって、チャンバ１００内への空気の流入を抑制している。このようにスリットを細く構成する場合、集電体２１Ｂのような長尺物をスリットの中空において保持しようとすると不安定な状態となる場合がある。例えば、長尺物をスリットの中空に保持しようとしても、わずかな振動等によって、長尺物がスリットの内壁に接触してしまう場合がある。これに対し、図６に示す例では、集電体２１Ｂを予め補強体７３４に押し当てた状態として安定させることができる。

また、図６においては、スリットを細く構成しているものの空気の流入を遮断することは難しく、スリットを通って流入した空気によってカルマン渦が生じる場合がある。しかしながら、図６に示す例では、スリット内の集電体２１Ｂは補強体７４３に押し当てられており、カルマン渦による振動は抑制される。即ち、図６に示す例では、チャンバ１００への空気の流入が生じる箇所において、集電体２１Ｂを補強体７４３に押し当てることにより、カルマン渦による振動を抑制することができる。

他の変形例を図７に示す。図７において、ローラ７５１及びローラ７５２は、帯状の集電体２１Ｂに対して下側Ｄｂ２の力を付加することにより、集電体２１Ｂを、曲面状の補強体７５３に押し当てている。ここで、補強体７５３は、図６に示した補強体７４３と異なり、チャンバ１００のスリット内部から下流側Ｄａ１に突出した形状を有する。カルマン渦は、スリットの内部のみならず、スリットの下流側Ｄａ１にも発生する場合がある。図７に示す例では、このようなスリットの下流側Ｄａ１に発生するカルマン渦からも、集電体２１Ｂを保護することができる。

ところで、スリットを通してチャンバ１００内へ流入する空気については、可能な限り低減することが好ましい。チャンバ１００内へ流入する空気を低減することによって、チャンバ１００内の減圧状態を安定して維持することができるとともに、スリット近傍におけるカルマン渦についても抑制することができる。

そこで、実施形態の電池用電極製造装置１０００は、当該スリットの内部を通る空気を吸引する吸気部を備えることとしてもよい。吸気部について、図８Ａ及び図８Ｂを用いて説明する。

図８Ａにおいて、ローラ７６１及びローラ７６２は、帯状の集電体２１Ｂに対して下側Ｄｂ２の力を付加することにより、集電体２１Ｂを、曲面状の補強体７６３に押し当てている。また、図８Ａにおいて、スリットの内部には、溝７６４が設けられている。溝７６４は、図８Ｂに示す通り、幅方向（搬送方向Ｄａ及び鉛直方向Ｄｂに直交する方向）に沿って設けられており、真空タンク７６５に接続されている。スリットの内部を通る空気の一部は、溝７６４を通して真空タンク７６５に吸引される。即ち、溝７６４及び真空タンク７６５により、チャンバ１００内へ流入する空気を低減することができる。溝７６４及び真空タンク７６５は、吸気部の一例である。

図９Ａ及び図９Ｂに吸気部の他の例を示す。図９Ａにおいて、ローラ７７１及びローラ７７２は、帯状の集電体２１Ｂに対して下側Ｄｂ２の力を付加することにより、集電体２１Ｂを、曲面状の補強体７７３に押し当てている。また、図９Ａにおいて、スリットの内部には、溝７７４が設けられている。溝７７４は、図９Ｂに示す通り、スリット内部に設けられた複数の穴と、これら複数の穴を接続するダクトとから構成される。スリットの内部を通る空気の一部は、これら複数の穴及びダクトを通して、真空タンク７７５に吸引される。即ち、溝７７４及び真空タンク７７５により、チャンバ１００内へ流入する空気を低減することができる。溝７７４及び真空タンク７７５は、吸気部の一例である。

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。

上述した通り、実施形態の電池用電極製造装置１０００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、前記チャンバへの空気の流入が生じる箇所において、前記基材フィルムを曲面に押し当てる押当部とを備える。かかる構成により、電池用電極製造装置１０００は、チャンバ内に流入する空気に起因する基材フィルムの振動を抑制することができる。

特に、基材フィルムが集電体２１Ｂである場合、集電体２１Ｂは細かな粒が含まれるシートであるところ、カルマン渦による損傷を受けやすい。実施形態の電池用電極製造装置１０００によれば、スリットを通して集電体２１Ｂをチャンバ内に搬送するケースにおいても、カルマン渦による振動から集電体２１Ｂを保護することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。更に、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。

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
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：部材
７１１，７１２，７２１，７２２，７２３，７３１，７３２，７３３，７４１，７４２，７５１，７５２，７６１，７６２，７７１，７７２：ローラ
７３４，７４３，７５３，７６３，７７３：補強体
７６４，７７４：溝
７６５，７７５：真空タンク
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 (5)

1. 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、
   前記チャンバへの空気の流入が生じる箇所において、前記基材フィルムを曲面に押し当てる押当部と
   を備えた電池用電極製造装置。
2. 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空気流入抑制部を更に備え、
   前記押当部は、２つの前記ローラのいずれか一方における、回転軸に対して平行な側面のうち一定の角度範囲に対応する部分に対して、前記基材フィルムを押し当てる、請求項１に記載の電池用電極製造装置。
3. 前記スリットの内部に設けられた曲面状の補強体を更に備え、
   前記押当部は、前記補強体に対して、前記基材フィルムを押し当てる、請求項１に記載の電池用電極製造装置。
4. 前記スリットの内部を通る空気を吸引する吸気部を更に備える、請求項３に記載の電池用電極製造装置。
5. 内部が大気圧よりも減圧された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し、
   前記チャンバへの空気の流入が生じる箇所において、前記基材フィルムを曲面に押し当てる
   ことを含む、電池用電極製造方法。

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