JP2023150230A - 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】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）。

特許第６６３３８６６号公報 特許第４８９９７２３号公報

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。

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、実施形態の集電体シートにおけるつなぎ目の一例を示す図である。 図３Ｂは、実施形態の集電体シートにおけるつなぎ目の一例を示す図である。 図３Ｃは、実施形態の集電体シートにおけるつなぎ目と製造される単セルとの位置関係について説明するための図である。 図３Ｄは、実施形態の集電体シートにおけるつなぎ目と製造される単セルとの位置関係について説明するための図である。 図４Ａ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４Ｂは、実施形態の電極組成物供給装置の動作について説明するための図である。 図４Ｃは、実施形態の電極組成物供給装置の動作について説明するための図である。 図４Ｄは、実施形態の電極組成物供給装置の動作について説明するための図である。 図４Ｅは、実施形態の電極組成物供給装置の動作について説明するための図である。 図５Ａ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５Ｂは、実施形態の電極組成物供給装置の動作について説明するための図である。 図５Ｃは、実施形態の電極組成物供給装置の動作について説明するための図である。 図５Ｄは、実施形態の電極組成物供給装置の動作について説明するための図である。 図５Ｅは、実施形態の電極組成物供給装置の動作について説明するための図である。

（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。

＜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、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

Claims (6)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
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。

Images