JP2023150229A - 電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】減圧されたチャンバ内への空気の流入を抑制しつつ、つなぎ目を有する基材シートのチャンバ内への搬送を円滑に行なうこと。【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、前記チャンバにおけるスリットに設けられ、当該スリットの幅を変化させる可動部と、帯状の基材フィルムの端部同士をつなぎ合わせた基材シートを、前記スリットを通して前記チャンバ内に搬送する搬送部と、前記基材シートにおける前記端部同士のつなぎ目を検出する検出部と、前記つなぎ目の検出結果に応じて前記可動部を制御し、前記つなぎ目が通過する際に前記スリットの幅を広げる制御部とを備える。【選択図】図4B
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。
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及び特許文献3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。
ここで、基材フィルムは、長尺の帯状となるように形成されるものの、その長さは有限である。チャンバ内への基材フィルムの搬送を連続して行なう方法としては、有限の長さを有する基材フィルムの端部同士をつなぎ合わせ、長さを延長した基材シートの状態でチャンバ内への搬送を行なうことが考えられる。
しかしながら、このような基材シートにおいては、つなぎ目の部分が厚くなる。チャンバにおけるスリットの幅を、基材フィルムの厚さ(即ち、つなぎ目以外の部分の厚さ)に応じて設定する場合、つなぎ目がスリットに引っかかってしまったり、スリット内の壁面に接触してしまったりするおそれがある。一方で、スリットの幅を基材シートのつなぎ目の厚さに応じて設定する場合、つなぎ目以外の部分がスリットを通過する際におけるチャンバ内への空気の流入が増加する。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、減圧されたチャンバ内への空気の流入を抑制しつつ、つなぎ目を有する基材シートのチャンバ内への搬送を円滑に行なう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、前記チャンバにおけるスリットに設けられ、当該スリットの幅を変化させる可動部と、帯状の基材フィルムの端部同士をつなぎ合わせた基材シートを、前記スリットを通して前記チャンバ内に搬送する搬送部と、前記基材シートにおける前記端部同士のつなぎ目を検出する検出部と、前記つなぎ目の検出結果に応じて前記可動部を制御し、前記つなぎ目が通過する際に前記スリットの幅を広げる制御部とを備える。
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、減圧されたチャンバ内への空気の流入を抑制しつつ、つなぎ目を有する基材シートのチャンバ内への搬送を円滑に行なうことができる。
(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。
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。
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。
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。
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ってもよい。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ってもよい。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。
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。
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。
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、検出装置600、制御装置700及び可動部800を含む。
なお、以下では、帯状の集電体21Bがチャンバ100内に搬送される場合について説明する。帯状の集電体21Bは、一定の寸法を有する長尺の集電体を複数つなぎ合わせたものである。即ち、帯状の集電体21Bは、帯状の基材フィルムの端部同士をつなぎ合わせた基材シートの一例である。
帯状の基材フィルムの端部同士をつなぎ合わせる具体的な方法については特に限定されるものではない。一例を挙げると、図3Aに示すように、集電体c1、集電体c2及び集電体c3の端部同士を互いに重ね合わせ、溶着或いは接着させることで、帯状の集電体21Bを形成することができる。別の例を挙げると、図3Bに示すように、集電体c4、集電体c5及び集電体c6をテープ等のジョイント部材を用いて結合することで、帯状の集電体21Bを形成することができる。いずれの方法を選択しても、つなぎ目においては厚さが増加する。つなぎ目については、スプライス部とも記載する。
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。即ち、搬送装置200は、帯状の基材フィルムの端部同士をつなぎ合わせた基材シートを、スリットを通してチャンバ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。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。
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。
図2に示す通り、チャンバ100のスリット部分には、可動部800が設けられる。可動部800は、検出装置600による検出結果に応じて、制御装置700による制御の下で動作する。以下、可動部800の動作について、図4A及び図4Bを用いて説明する。
図4Aにおいては、検出装置600の一例としてカメラ610を示す。図4Aに示す通り、カメラ610は、チャンバ100の外部に配置される。カメラ610は、帯状の集電体21Bを撮影し、撮影画像について画像認識を行なうことにより、帯状の集電体21Bにおけるつなぎ目を検出する。
なお、検出装置600はカメラ610に限定されるものではなく、集電体21Bにおけるつなぎ目を検出することが可能であれば任意の変形が可能である。例えば、検出装置600は深度センサであってもよい。この場合、検出装置600は、集電体21Bの表面形状を解析してつなぎ目を検出する。また、例えば、検出装置600は光源を含み、集電体21Bを透過した光の強度からつなぎ目を検出してもよい。即ち、つなぎ目は他の部分より厚く、光の減衰が大きいことから、集電体21Bを透過した光の強度によってつなぎ目を検出することができる。
また、図4Aにおいては、可動部800の一例として部材810を示す。部材810は、チャンバ100のスリットに設けられる。より具体的には、部材810は、チャンバ100のスリット内における一方の壁面に配置される。また、部材810は、制御装置700による制御の下、鉛直方向Dbに移動可能に構成される。
制御装置700は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等を有する処理回路と、モータ及びアクチュエータ等の駆動機構とを有する。制御装置700は、検出装置600による検出結果に応じて、部材810を鉛直方向Dbに移動させる。
例えば、図4Aに示す配置において、カメラ610は、帯状の集電体21Bのつなぎ目を検出する。ここで、制御装置700は、カメラ610からスリットまでの距離と、搬送装置200による帯状の集電体21Bの搬送速度とに基づいて、カメラ610がつなぎ目を検出してからつなぎ目がスリット内に入るまでの所要時間を算出することができる。制御装置700は、カメラ610がつなぎ目を検出した時点から、算出した所要時間の経過後、図4Bの矢印に示す通り、部材810を上側Dbの方向に移動させる。即ち、制御装置700は、つなぎ目がスリット内に入る際、スリットの幅を広げる。
上述した部材810の動作により、減圧されたチャンバ100内への空気の流入を抑制しつつ、つなぎ目を有する帯状の集電体21Bのチャンバ100内への搬送を円滑に行なうことができる。即ち、図4Aに示した通り、つなぎ目以外の部分がスリットを通過している間においては、スリットが細くなるように部材810が配置され、チャンバ100内への空気の流入が抑制される。一方で、図4Bに示した通り、つなぎ目がスリットを通過する際には、スリットの幅を広げるように部材810が移動する。これにより、つなぎ目がスリットに引っかかってしまったり、スリット内の壁面に接触してしまったりといった事態を回避することができる。
図4A及び図4Bに示した部材810の動作により、チャンバ100内への空気の流入を抑制することができる。但し、スリット内の壁面と集電体21Bとの接触を避けるためのクリアランスを設ける必要上、チャンバ100内への空気の流入を完全に遮断することは難しい。
そこで、チャンバ100内への空気の流入を更に低減するため、スリットの内部を通る気体を吸引する吸気部を設けることとしてもよい。以下、吸気部について、図5A、図5B及び図5Cを用いて説明する。
図5A及び図5Bにおいては、可動部800の一例として部材820を図示する。部材820は、カメラ610による検出結果に応じて、図4A及び図4Bに示した部材810と同様にスリットの幅を変化させる。
更に、部材820には、吸気部821が設けられる。また、スリット内における部材820と異なる壁面には、吸気部822が設けられる。一例として、図5Cに吸気部822の斜視図を示す。吸気部822は、空気抜き溝、弁、真空タンク等から構成される。空気抜き溝は、図5Cに示す通り幅方向に沿って設けられており、真空タンクに接続されている。スリットの内部を通る空気の一部は、空気抜き溝を通して真空タンクに吸引される。これにより、チャンバ100内へ流入する空気が低減される。なお、弁は、真空タンク側からスリット側への空気の逆流を防止する。吸気部821についても、図5Cに示した吸気部822と同様にして構成することができる。
また、上述した通り、チャンバ100内への空気の流入を完全に遮断することは難しく、スリット内には気流が発生する。そして、気流の影響を受けて集電体21Bの位置が変動し、スリット内の壁面と集電体21Bとの接触が生じてしまう場合がある。
そこで、スリット内に曲面状の補強体を設け、スリット内では当該補強体に対して集電体21Bを押し当てるように構成してもよい。これにより、スリット内に気流が発生するとしても、気流から集電体21Bを保護することができる。
スリット内に曲面状の補強体を設ける例について、図6A及び図6Bを用いて説明する。図6A及び図6Bにおいては、可動部800の一例として部材830を図示する。部材830は、カメラ610による検出結果に応じて、図4A及び図4Bに示した部材810と同様にスリットの幅を変化させる。
図6A及び図6Bに示す通り、スリットの近傍にはローラ911及びローラ912が設けられる。また、スリット内における部材830と異なる面には、曲面状の補強体913が設けられる。ローラ911及びローラ912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を補強体913に押し当てる。ローラ911及びローラ912は、押当部の一例である。ローラ911、ローラ912及び補強体913を設けたことにより、スリット内に気流が発生するとしても、集電体21Bは気流から保護される。
スリット内に曲面状の補強体を設けるとともに、吸気部を更に設けることとしてもよい。かかるケースについて、図7A、図7B及び図7Cを用いて説明する。図7A及び図7Bにおいては、可動部800の一例として部材840を図示する。部材840は、カメラ610による検出結果に応じて、図4A及び図4Bに示した部材810と同様にスリットの幅を変化させる。
部材840には、吸気部841が設けられる。一例として、図7Cに吸気部841の斜視図を示す。吸気部841は、空気抜き溝、弁、真空タンク等から構成される。空気抜き溝は、図7Cに示す通り幅方向に沿って設けられており、真空タンクに接続されている。スリットの内部を通る空気の一部は、空気抜き溝を通して真空タンクに吸引される。これにより、チャンバ100内へ流入する空気が低減される。なお、弁は、真空タンク側からスリット側への空気の逆流を防止する。
また、図7A及び図7Bに示す通り、スリットの近傍にはローラ921及びローラ922が設けられる。また、スリット内における部材840と異なる面には、曲面状の補強体923が設けられる。ローラ921及びローラ922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を補強体923に押し当てる。ローラ921及びローラ922は、押当部の一例である。ローラ921、ローラ922及び補強体923を設けたことにより、スリット内に気流が発生するとしても、集電体21Bは気流から保護される。
図5A、図5B、図5C、図7A、図7B及び図7Cにおいては、空気抜き溝を備えた吸気部について説明した。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、吸気部は、スリットの内部を通る気体を吸引するための穴を備えてもよい。かかるケースについて、図8A、図8B及び図8Cを用いて説明する。図8A及び図8Bにおいては、可動部800の一例として部材850を図示する。部材850は、カメラ610による検出結果に応じて、図4A及び図4Bに示した部材810と同様にスリットの幅を変化させる。
部材850には、吸気部851が設けられる。一例として、図8Cに吸気部851の斜視図を示す。吸気部851は、空気抜き穴、ダクト、弁、真空タンク等から構成される。スリットの内部を通る空気の一部は、空気抜き穴及びダクトを通して真空タンクに吸引される。これにより、チャンバ100内へ流入する空気が低減される。なお、弁は、真空タンク側からスリット側への空気の逆流を防止する。
また、図8A及び図8Bに示す通り、スリットの近傍にはローラ931及びローラ932が設けられる。また、スリット内における部材850と異なる面には、曲面状の補強体933が設けられる。ローラ931及びローラ932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を補強体933に押し当てる。ローラ931及びローラ932は、押当部の一例である。ローラ931、ローラ932及び補強体933を設けたことにより、スリット内に気流が発生するとしても、集電体21Bは気流から保護される。
上述した実施形態では、帯状の基材フィルムの端部同士をつなぎ合わせた基材シートの一例として帯状の集電体21Bについて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、セパレータを基材フィルムとして、セパレータの端部同士をつなぎ合わせたセパレータシートをチャンバ100内に搬送するケースについても同様に適用が可能である。
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。また、例えば、離形フィルムを基材フィルムとして、セパレータの端部同士をつなぎ合わせたセパレータシートをチャンバ100内に搬送するケースについても同様に適用が可能である。
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。また、例えば、離形フィルムを基材フィルムとして、セパレータの端部同士をつなぎ合わせたセパレータシートをチャンバ100内に搬送するケースについても同様に適用が可能である。
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,c1,c2,c3,c4,c5,c6: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
600:検出装置
610:カメラ
700:制御装置
800:可動部
810,820,830,840,850:部材
822,841,851,821:吸気部
911,912,921,922,931,932:ローラ
913,923,933:補強体
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
20:電極
20a:正極
20b:負極
21,c1,c2,c3,c4,c5,c6: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
600:検出装置
610:カメラ
700:制御装置
800:可動部
810,820,830,840,850:部材
822,841,851,821:吸気部
911,912,921,922,931,932:ローラ
913,923,933:補強体
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)
- 内部が大気圧よりも減圧されたチャンバと、
前記チャンバにおけるスリットに設けられ、当該スリットの幅を変化させる可動部と、
帯状の基材フィルムの端部同士をつなぎ合わせた基材シートを、前記スリットを通して前記チャンバ内に搬送する搬送部と、
前記基材シートにおける前記端部同士のつなぎ目を検出する検出部と、
前記つなぎ目の検出結果に応じて前記可動部を制御し、前記つなぎ目が通過する際に前記スリットの幅を広げる制御部と
を備えた電池用電極製造装置。 - 前記スリット内における前記可動部と異なる面に設けられた曲面状の補強体と、
前記基材シートを前記補強体に対して押し当てる押当部と
を更に備える、請求項1に記載の電池用電極製造装置。 - 前記可動部は、前記スリットの内部を通る気体を吸引する吸気部を備える、請求項1又は2に記載の電池用電極製造装置。
- 前記吸気部は、前記気体を吸引するための溝又は穴を備える、請求項3に記載の電池用電極製造装置。
- 帯状の基材フィルムの端部同士をつなぎ合わせた基材シートを、内部が大気圧よりも減圧されたチャンバにおけるスリットを通して当該チャンバ内に搬送し、
前記基材シートにおける前記端部同士のつなぎ目を検出し、
前記つなぎ目の検出結果に応じて前記スリットに設けられた可動部を制御し、前記つなぎ目が通過する際に前記スリットの幅を広げる
ことを含む、電池用電極製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022059224A JP2023150229A (ja) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022059224A JP2023150229A (ja) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023150229A true JP2023150229A (ja) | 2023-10-16 |
Family
ID=88326429
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022059224A Pending JP2023150229A (ja) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023150229A (ja) |
-
2022
- 2022-03-31 JP JP2022059224A patent/JP2023150229A/ja active Pending
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