JP2023150230A - 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】集電体のつなぎ目に起因する電池性能の低下を抑制すること。【解決手段】電池用電極製造装置は、帯状の集電体の端部同士をつなぎ合わせた集電体シートを搬送する搬送部と、前記集電体シートにおけるつなぎ目を検出する検出部と、電極組成物を供給する供給部と、前記供給部の供給口の開度を制御するシャッタと、前記シャッタを制御して前記電極組成物を間欠的に供給する制御部と、を備え、前記制御部は、前記つなぎ目の検出結果に応じて前記シャッタを制御する。【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。リチウムイオン電池における活物質層は、例えば、帯状の集電体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(例えば、特許文献1、2参照)。
ここで、帯状の集電体の長さは有限である。電極の製造を連続的に行なうためには、有限の長さを有する帯状の集電体の端部同士をつなぎ合わせ、長さを延長した集電体シートの状態で電極組成物の供給やロールプレスを実行することが考えられる。しかしながら、このような集電体のつなぎ目が電極に含まれる場合、つなぎ目の部分における電子伝導性が一部異なることにより、電池性能が低下してしまうおそれがある。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、集電体のつなぎ目に起因する電池性能の低下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、帯状の集電体の端部同士をつなぎ合わせた集電体シートを搬送する搬送部と、前記集電体シートにおけるつなぎ目を検出する検出部と、電極組成物を供給する供給部と、前記供給部の供給口の開度を制御するシャッタと、前記シャッタを制御して前記電極組成物を間欠的に供給する制御部と、を備え、前記制御部は、前記つなぎ目の検出結果に応じて前記シャッタを制御する。
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、集電体のつなぎ目に起因する電池性能の低下を抑制することができる。
(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、検出装置300、電極組成物供給装置400、枠体供給装置500及びプレス装置600を含む。また、図2に示す帯状の集電体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、集電体21Bは、帯状の集電体の端部同士をつなぎ合わせた集電体シートの一例である。集電体21Bを所定の形状に加工することで、上述した集電体層21を形成することができる。
帯状の集電体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。このようなつなぎ目については、スプライス部とも記載する。
上述したつなぎ目を含む集電体21Bを用いて製造を行なう場合、図3Cに示すように、製造される単セル10の集電体層21につなぎ目が含まれてしまう場合がある。つなぎ目は、図3Aに示したように他の部分と比べて厚かったり、図3Bに示したようにジョイント部材を含んでいたりするため、電子伝導性が他の部分とは異なる。集電体層21における一部のみ電子伝導性が異なる場合、不均一に充放電されて電池が局所的に劣化し、全体の電池性能が悪くなってしまう場合がある。
好ましくは、図3Dに示すように、つなぎ目を避けた位置に電極組成物22cを供給して単セル10を製造することが好ましい。しかしながら、集電体21Bにおけるつなぎ目の間隔は必ずしも一定ではなく、つなぎ目を避けて電極組成物22cを供給することは容易でない。これに対し、電池用電極製造装置1000は、図2に示す構成により、つなぎ目を避けて電極組成物22cを供給することを可能として、集電体のつなぎ目に起因する電池性能の低下を抑制する。
図2に示すチャンバ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。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、帯状の集電体の端部同士をつなぎ合わせた集電体シートを、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。
検出装置300は、集電体21Bにおけるつなぎ目を検出する。検出装置300は、例えばカメラであり、集電体21Bを撮影した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300はカメラ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300は深度センサであってもよい。この場合、検出装置300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300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。
電極組成物供給装置400は、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。ここで、電極組成物供給装置400は、検出装置300によるつなぎ目の検出結果に応じた間隔で集電体21Bの上に電極組成物22cを間欠的に塗設することにより、つなぎ目を除く位置に電極組成物22cを供給する。
例えば、電極組成物供給装置400は、ホッパ及びシャッタから構成される。即ち、電極組成物供給装置400は、ホッパ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、集電体21B上の所望の位置に電極組成物22cを塗設することを可能とする。
電極組成物供給装置400の一例として、電極組成物供給装置410を図4Aに示す。電極組成物供給装置410は、ホッパ411と、ムービングベルト412と、ムービングベルト413と、シャッタ414と、制御装置415とを備える。ムービングベルト412は、複数の駆動ローラにより回転する輪状部材412aを含む。ムービングベルト413は、複数の駆動ローラにより回転する輪状部材413aを含む。
図4Aにおいて、電極組成物22cは、まず、ホッパ411内に保持される。ホッパ411は、ムービングベルト412とムービングベルト413との間の隙間に対して、電極組成物22cを供給する。ホッパ411から供給された電極組成物22cは、ムービングベルト412とムービングベルト413との間の隙間において保持される。即ち、ムービングベルト412及びムービングベルト413はホッパを構成し、電極組成物22cは、当該ホッパの内部において保持される。シャッタ414は、ムービングベルト412及びムービングベルト413により構成されるホッパの供給口の開度を制御する。
図4Aのホッパ411、ムービングベルト412及びムービングベルト413は、電極組成物22cを供給する供給部の一例である。シャッタ414は、制御装置415による制御の下、供給部の供給口の開度を制御する。制御装置415は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro-processing unit)等の演算処理装置と、モータ等の駆動装置を備え、つなぎ目の検出結果に応じてシャッタ414を移動させる。
電極組成物供給装置410の動作について、図4B、図4C、図4D及び図4Eを用いて説明する。なお、図4B~図4Eにおいては、検出装置300の一例としてカメラ310を示す。また、図4B~図4Eにおいては、制御装置415の図示を省略する。図4Bに示す通り、カメラ310は、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。
カメラ310からホッパの供給口までの距離、及び、搬送装置200による集電体21Bの搬送速度に基づいて、カメラ310の位置でつなぎ目が検出されてから、供給口の位置につなぎ目が移動するまでの所要時間を算出することができる。即ち、カメラ310によるつなぎ目の検出結果に基づき、各時点において、ホッパの供給口の位置につなぎ目が位置しているか否かを判定することができる。
図4Bは、ホッパの供給口の位置につなぎ目が位置していない状態を示す。かかる場合、電極組成物供給装置410は、集電体21Bに対する電極組成物22cの塗設を実行する。具体的には、ムービングベルト412は、輪状部材412aを時計回りに回転させる。また、ムービングベルト413は、輪状部材413aを反時計回りに回転させる。より具体的には、下流側Da1に位置するムービングベルト413は、集電体21Bに対向する面が集電体21Bと同じ方向に移動する方向に輪状部材413aを回転させ、ムービングベルト412は、輪状部材413aと反対方向に輪状部材412aを回転させる。また、制御装置415は、シャッタ414を制御し、ムービングベルト412及びムービングベルト413により構成されるホッパの供給口を開いた状態とする。これにより、ホッパの内部に保持される電極組成物22cが、集電体21B上におけるつなぎ目を除く位置に供給される。
図4Cは、ホッパの供給口の位置につなぎ目が位置している状態を示す。かかる場合、電極組成物供給装置410は、集電体21Bに対する電極組成物22cの塗設を停止する。具体的には、ムービングベルト412及びムービングベルト413は、輪状部材412a及び輪状部材413aの回転を停止させる。また、制御装置415は、シャッタ414を制御し、ムービングベルト412及びムービングベルト413により構成されるホッパの供給口を閉じた状態とする。これにより、ムービングベルト412及びムービングベルト413により構成されるホッパの内部に保持される電極組成物22cは、集電体21B上におけるつなぎ目の位置には供給されないこととなる。
図4D及び図4Eは、図4Cに示した状態の後、ホッパの供給口の位置からつなぎ目が移動し、集電体21Bに対する電極組成物22cの塗設が再開された状態を示す。ここで、図4D及び図4Eにおいては、集電体21Bのつなぎ目を避けたことにより、図4B及び図4Cに示した間隔A1よりも広い間隔で、電極組成物22cが間欠的に塗設される。具体的には、図4Dでは、間隔A2で、電極組成物22cが間欠的に塗設される。また、図4Eでは、間隔A3で、電極組成物22cが間欠的に塗設される。
図4B及び図4Cに示した通り、つなぎ目が検出されない間は、一定の間隔A1で、電極組成物22cが間欠的に塗設される。一方で、図4D及び図4Eに示した通り、つなぎ目が検出された場合には、間隔A2や間隔A3といった様々な間隔で、電極組成物22cが間欠的に塗設される。間隔A2や間隔A3は、集電体21Bにおけるつなぎ目の間隔に応じて変化する値である。
上述した通り、制御装置415は、つなぎ目の検出結果に応じてシャッタ414を制御する。これにより、制御装置415は、ホッパの内部に保持される電極組成物22cを、集電体21B上におけるつなぎ目を除く位置に供給することができる。
より具体的には、電極組成物供給装置410は、所定の長さ(搬送方向Daの長さ)となるように、電極組成物22cを供給する。電極組成物供給装置410は、電極組成物22cの供給を開始する位置(下流側Da1の端部)から、所定の長さの範囲に集電体21Bのつなぎ目が含まれる場合には電極組成物22cの供給を停止し、ホッパの供給口の位置をつなぎ目が通過してから極組成物22cの供給を再開する。このように、つなぎ目を避けて電極組成物22cを供給することにより、集電体のつなぎ目に起因する電池性能の低下を抑制することができる。
図2に示した枠体供給装置500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500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500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。
ここで、集電体21B上に供給する電極組成物22cの間隔(間隔A1、間隔A2、間隔A3等)については、枠体35を考慮して設定してもよい。即ち、図4B~図4Eに示した状態の後、集電体21B上に供給された電極組成物22cを囲うようにして、枠体供給装置500による枠体35の供給が行なわれる。ここで、隣接する枠体35が接触しないようにするためには、枠体35の太さT1と間隔A1とが「A1>2×T1」の関係を満たす必要がある。
間隔A2や間隔A3の設定においても、検出されたつなぎ目の位置から、枠体35の太さT1の距離に含まれる範囲については、電極組成物22cを供給しないようにすることが好ましい。即ち、電極組成物供給装置410は、つなぎ目から太さT1に応じた範囲を除く位置に電極組成物22cを供給することが好ましい。
つなぎ目の位置から太さT1の距離に含まれる範囲に電極組成物22cを供給する場合、つなぎ目と重なる位置に枠体35が供給されることとなる。つなぎ目は集電体21Bにおける他の部分と比較して厚いため、枠体35がつなぎ目と重なることで単セル10の形状が歪んでしまい、複数の単セル10を組み合わせてモジュール化する際に問題となる。つなぎ目から太さT1に応じた範囲を除く位置に電極組成物22cを供給することで、このような単セル10の形状の歪みを回避することができる。
図4Aに示した電極組成物供給装置410はあくまで一例であり、種々の変形が可能である。例えば、図4Aにおいて、ムービングベルト412及びムービングベルト413は省略してもよい。この場合、シャッタ414は、供給部の供給口として、ホッパ411の下端の開口における開度を制御する。
電極組成物供給装置400の別の例として、図5Aに示す電極組成物供給装置420について説明する。電極組成物供給装置420は、ホッパ421と、ムービングベルト422と、固定ガイド423と、シャッタ424と、制御装置425とを備える。ムービングベルト422は、複数の駆動ローラにより回転する輪状部材422aを含む。
図5Aにおいて、電極組成物22cは、まず、ホッパ421内に保持される。ホッパ421は、ムービングベルト422と固定ガイド423との間の隙間に対して、電極組成物22cを供給する。ホッパ421から供給された電極組成物22cは、ムービングベルト422と固定ガイド423との間の隙間において保持される。即ち、ムービングベルト422及び固定ガイド423はホッパを構成し、電極組成物22cは、当該ホッパの内部において保持される。シャッタ424は、ムービングベルト422及び固定ガイド423により構成されるホッパの供給口の開度を制御する。
図5Aのホッパ421、ムービングベルト422及び固定ガイド423は、電極組成物22cを供給する供給部の一例である。シャッタ424は、制御装置425による制御の下、供給部の供給口の開度を制御する。制御装置425は、例えば、CPU、MPU等の演算処理装置と、モータ等の駆動装置を備え、つなぎ目の検出結果に応じてシャッタ424を移動させる。
電極組成物供給装置420の動作について、図5B、図5C、図5D及び図5Eを用いて説明する。なお、図5B~図5Eにおいては、検出装置300の一例としてカメラ310を示す。また、図5B~図5Eにおいては、制御装置425の図示を省略する。図4B~図4Eの場合と同様、カメラ310によるつなぎ目の検出結果に基づき、各時点において、ホッパの供給口の位置につなぎ目が位置しているか否かを判定することができる。
図5Bは、ホッパの供給口の位置につなぎ目が位置していない状態を示す。かかる場合、電極組成物供給装置420は、集電体21Bに対する電極組成物22cの塗設を実行する。具体的には、ムービングベルト422は、輪状部材422aを反時計回りに回転させる。また、制御装置425は、シャッタ424を制御し、ムービングベルト422及び固定ガイド423により構成されるホッパの供給口を開いた状態とする。これにより、ホッパの内部に保持される電極組成物22cが、集電体21B上におけるつなぎ目を除く位置に供給される。
図5Cは、ホッパの供給口の位置につなぎ目が位置している状態を示す。かかる場合、電極組成物供給装置420は、集電体21Bに対する電極組成物22cの塗設を停止する。具体的には、ムービングベルト422は、輪状部材422aの回転を停止させる。また、制御装置425は、シャッタ424を制御し、ムービングベルト422及び固定ガイド423により構成されるホッパの供給口を閉じた状態とする。これにより、ホッパの内部に保持される電極組成物22cは、集電体21B上におけるつなぎ目の位置には供給されないこととなる。
図5D及び図5Eは、図5Cに示した状態の後、ホッパの供給口の位置からつなぎ目が移動し、集電体21Bに対する電極組成物22cの塗設が再開された状態を示す。ここで、図5D及び図5Eにおいては、集電体21Bのつなぎ目を避けたことにより、図5B及び図5Cに示した間隔B1よりも広い間隔で、電極組成物22cが間欠的に塗設される。具体的には、図5Dでは、間隔B2で、電極組成物22cが間欠的に塗設される。また、図5Eでは、間隔B4で、電極組成物22cが間欠的に塗設される。間隔B2及び間隔B4は、集電体21Bにおけるつなぎ目の間隔に応じて変化する値である。
図5D及び図5Eは、つなぎ目から枠体35の太さT1に応じた範囲を除く位置に電極組成物22cを供給する例を示す。具体的には、図5Dでは、つなぎ目から間隔B3の位置において、電極組成物22cの供給を再開している。また、図5Eでは、つなぎ目から間隔B5の位置において、電極組成物22cの供給を再開している。間隔B3及び間隔B5は、枠体35の太さT1と同じ値であってもよいし、太さT1よりも大きい値であってもよい。
上述した通り、制御装置425は、つなぎ目の検出結果に応じてシャッタ424を制御する。これにより、制御装置425は、ホッパの内部に保持される電極組成物22cを、集電体21B上におけるつなぎ目を除く位置に供給することができる。
図2に示したプレス装置600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600は、上部ローラ601及び下部ローラ602を有する。プレス装置600は、上部ローラ601及び下部ローラ602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600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600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400による電極組成物22cの供給後に、枠体供給装置500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500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400による電極組成物22cの供給が行なわれてもよい。
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,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:検出装置
310:カメラ
400,410,420:電極組成物供給装置
411,421:ホッパ
412,413,422:ムービングベルト
412a,413a,422a:輪状部材
414,424:シャッタ
415,425:制御装置
423:固定ガイド
500:枠体供給装置
600:プレス装置
601:上部ローラ
602:下部ローラ
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
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:検出装置
310:カメラ
400,410,420:電極組成物供給装置
411,421:ホッパ
412,413,422:ムービングベルト
412a,413a,422a:輪状部材
414,424:シャッタ
415,425:制御装置
423:固定ガイド
500:枠体供給装置
600:プレス装置
601:上部ローラ
602:下部ローラ
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 (6)
- 帯状の集電体の端部同士をつなぎ合わせた集電体シートを搬送する搬送部と、
前記集電体シートにおけるつなぎ目を検出する検出部と、
電極組成物を供給する供給部と、
前記供給部の供給口の開度を制御するシャッタと、
前記シャッタを制御して前記電極組成物を間欠的に供給する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記つなぎ目の検出結果に応じて前記シャッタを制御する、電池用電極製造装置。 - 前記制御部が前記つなぎ目の検出結果に応じて前記シャッタを制御することにより、前記集電体シートにおける前記つなぎ目を除く位置に前記電極組成物を供給する、請求項1に記載の電池用電極製造装置。
- 前記制御部は、前記つなぎ目から枠体の太さに応じた範囲を除く位置に前記電極組成物を供給する、請求項2に記載の電池用電極製造装置。
- 前記供給部は、回転する輪状部材を含む複数のムービングベルトを含む、請求項1に記載の電池用電極製造装置。
- 前記供給部は、回転する輪状部材を含むムービングベルトと、固定ガイドとを含む、請求項1に記載の電池用電極製造装置。
- 帯状の集電体の端部同士をつなぎ合わせた集電体シートを搬送し、
前記集電体シートにおけるつなぎ目を検出し、
つなぎ目の検出結果に応じて、供給口の開度を制御するシャッタを制御して、電極組成物を間欠的に供給する
ことを含む、電池用電極製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022059225A JP2023150230A (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 |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2023150230A true JP2023150230A (ja) | 2023-10-16 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2022059225A Pending JP2023150230A (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 |
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2022
- 2022-03-31 JP JP2022059225A patent/JP2023150230A/ja active Pending
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