JP5798144B2 - リチウムイオン電池の製造装置およびリチウムイオン電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リチウムイオン電池の製造装置およびリチウムイオン電池の製造方法に関するものである。

リチウムイオン電池は、正極シート、負極シート、およびそれらのシートの間に設けられたセパレータを、円筒型もしくは角型の缶構造、またはＡｌ（アルミニウム）などを基体としたフイルム状の電池筐体に組み込み、電解液を注液した後、封止することによって製造された二次電池である。缶構造、またはフイルム状構造によって製造方法および外観は大きく異なるが、いずれの構造体を用いる場合でも、電池を動作させるための基本的な構成要素は共通である。

正極シートは電極箔の両面に正極活物質が塗布された構造を有し、負極シートは電極箔の両面に負極活物質が塗布された構造を有し、正極シートと負極シートとの間には、正極活物質と負極活物質とが短絡するのを防止するためのセパレータが設けられている。こうした正極シートと、セパレータと、負極シートとの積層構造体を形成し、その積層構造体を、リチウムイオンを含む電解液で湿潤させ、積層構造体を各種の外装体に封止することにより、リチウムイオン電池が形成される。このようなリチウムイオン電池の製造方法および製造装置に関しては、例えば特許文献１に記載されている。

リチウムイオン電池は、パソコンや携帯端末から電気自動車等、用途が広がりつつあり、今後更なる低コストが要求されるが、現状の電池製造技術では、これ以上の低コスト化は困難であった。そこで、電池製造工程のうち、電極材塗布後の乾燥工程において、溶媒置換による固化法を導入することで、乾燥時間の短縮、製造コストの低減を図る技術が提案されている。

従来のリチウムイオン電池の製造装置は、例えば図６に示すように、電極箔供給部４から供給される電極箔１に先ず電極材塗工ノズル３からペースト状の電極材１８を吹き付けて塗布し、次にその電極材１８の表面にセパレータ材塗工ノズル１９からペースト状のセパレータ材１２を吹き付けて塗布し、その後、固化室９で電極材およびセパレータ材の予備乾燥を、乾燥室６で本乾燥を順に行って形成された電極シートを巻取り部７で巻き取っていた。

特開２００３−４５４９１号公報

しかしながら、このリチウムイオン電池の製造装置においては、乾燥後の電極材１８とセパレータ材１２との界面に電極材１８とセパレータ材１２とが混合した混合層が発生し、その混合層がセパレータの薄膜化を図る上で弊害になり、電池の厚さが厚くなるという新たな課題が生じている。

そこで、本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、電極材とセパレータ材との界面に混合層が発生するのを抑制することができ、セパレータの薄膜化が可能となり、電池の厚さを薄くすることができるリチウムイオン電池の製造方法およびリチウムイオン電池の製造装置を提供することを目的とする。

本発明のうち第１の発明は、電極箔供給部から巻取り部に搬送される電極箔の一方の面に電極材を塗布する電極材塗布部と、前記電極材塗布部の後方に設けられ、電極箔の一方の面に塗布された前記電極材の表面にセパレータ材を塗布するセパレータ材塗布部とを有するリチウムイオン電池の製造装置であって、前記電極材塗布部と前記セパレータ材塗布部との間に、前記電極箔の一方の面に塗布された電極材に温風を吹き付けて電極材を乾燥するプレ乾燥ノズルを備えたことを特徴とする。

前記電極材塗布部と前記セパレータ材塗布部との間に、前記電極箔が通過可能なプレ乾燥室を有し、前記プレ乾燥室内に前記プレ乾燥ノズルを備えていることが好ましい。

前記プレ乾燥ノズルが、前記電極箔を所定の範囲で覆う覆い部と、前記覆い部に所定の温度に調整された温風を送風する温調ユニットと、前記覆い部の吹き出し口に幅方向に連続し且つ電極箔の搬送方向に所定の間隔で設けられた整流板とを有することが好ましい。

前記覆い部の吹き出し口に温風の吹き出し範囲を調整する調整板を有することが好ましい。

前記セパレータ材塗布部の後方に、前記電極材を固化させる固化室を有していることが好ましい。

また、本発明のうち第２の発明は、電極箔供給部から巻取り部に搬送される電極箔の一方の面に電極材を塗布する工程と、前記電極箔の一方の面に塗布された前記電極材の表面にセパレータ材を塗布する工程とを有するリチウムイオン電池の製造方法であって、前記電極材を塗布する工程と前記セパレータ材を塗布する工程との間に、前記電極箔の一方の面に塗布された電極材を乾燥するプレ乾燥工程を有することを特徴とする。

前記プレ乾燥工程では、プレ乾燥ノズルから所定の温度および風量に制御された温風が前記電極材の表面に吹き付けられることが好ましい。

前記プレ乾燥工程が、前記プレ乾燥ノズルを有するプレ乾燥室の内部を電極箔が通過する際に行われることが好ましい。

前記プレ乾燥工程後に、前記電極材を固化させる固化工程を有することが好ましい。

本発明によれば、電極材とセパレータ材との界面に混合層が発生するのを抑制することができ、セパレータの薄型化が可能となり、電池の厚さを薄くすることができる。また、混合層が低減することで、電極の活物質が効率良く使用することが可能となり、電池の高容量化も得られる。

本発明の実施の形態１であるリチウムイオン電池の製造装置を構成する電極製造装置の概略図である。 本発明の実施の形態１であるリチウムイオン電池の断面図である。 本発明の実施の形態１のプレドライ装置の構成を示す断面図である。 プレドライ装置の吹き出し部の拡大図である。 本発明の実施の形態２であるリチウムイオン電池の製造装置を構成する電極製造装置の概略図である。 従来のリチウムイオン電池の製造装置を構成する電極製造装置の概略図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

リチウムイオン電池は、電極である正極シートおよび負極シート、ならびにそれらのシートの間に設けられたセパレータを、円筒型などの容器内に組み込み、当該容器内に電解液を注液した後、封止することによって製造される二次電池である。

本実施の形態では、正極シートまたは負極シートを構成し、集電用の電極箔の表面上に形成された膜を電極膜といい、電極膜を形成する際に、電極箔に塗布され、固化および乾燥されていない膜を電極材または電極材ペーストという。つまり、電極材を固化および乾燥することで電極膜が形成される。また、電極膜が表面上に形成された電極箔を、正極シート、負極シートまたはそれらを総括して電極シートという。また、本実施の形態でいうペーストとは、バインダー溶液または有機溶剤などの液体を含み、流動性を有する液状の物質である。また、本実施の形態で単に「電極箔の表面」という場合は、電極箔の上面および底面を含めた全面ではなく、ローラー搬送系で搬送される電極箔の、裏面を含めない上面のみを指すものとする。

（実施の形態１）
本実施の形態におけるリチウムイオン電池の製造装置の構成、およびリチウムイオン電池の製造工程について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態のリチウムイオン電池の製造装置における片面塗布型の電極製造装置の構成を示す概略図である。

リチウムイオン電池の製造装置は、電極箔供給部である集電用電極箔ロール４から巻取り部である電極箔ロール７に搬送される電極箔１の一方の面に電極材１８を塗布する電極材塗工ノズル３を有する電極材塗布部２と、電極材塗布部２の後方に設けられ、電極箔１の一方の面に塗布された電極材１８の表面にセパレータ材１２を塗布するセパレータ材塗工ノズル１９を有するセパレータ材塗布部１７とを有している。

電極材塗布部２とセパレータ材塗布部１７との間に、電極箔１の一方の面に塗布された電極材１８に温風を吹き付けて電極材１８を乾燥するプレ乾燥ノズル８が設けられている。このプレ乾燥ノズル８から電極材（電極材ペーストともいう）１８に温風を吹きつけることにより、電極材１８の表面だけを乾燥させ、電極材１８とセパレータ材１２とが混合する混合層が形成されるのを阻止するように構成されている。

プレ乾燥ノズル８は、図３に示すように電極材１８を所定の範囲で覆うべく下方に向って拡開した覆い部２０と、覆い部２０に所定の温度例えば８０〜１００℃に調整された温風を短時間例えば１０〜３０秒間送風する温調ユニット２１と、覆い部２０の吹き出し口２２に幅方向（図３の紙面に垂直方向）に連続し且つ電極箔１８の搬送方向に所定の間隔で設けられた整流板２３とを有している。

温調ユニット２１と覆い部２０の上端部とは送風ダクト２６で結ばれ、送風ダクト２６には風量調整用のダンパ２７が設けられている。覆い部２０の吹き出し口２２には、図４に示すように温風の吹き出し範囲を調整するための調整板２４が軸２５を介して開閉調節可能に設けられている。温調ユニット２１で温調した温風をプレ乾燥ノズル８から対象物に吹き付ける。プレ乾燥ノズル８の先端には整流板２３が装備されているため、供給される温風を直下の対象物に吹き付けることができる。また、吹き出し口２２には調整板２４も備わっているため、対象物に吹き付ける範囲を狭めたり、広くすることで対象物に吹き付ける時間を調整することが可能となる。さらに、送風ダクト２６の先端にはダンパ２７が設けられているため、調整板２４により吹き付ける範囲を狭めた際に風量を調整することが可能となる。

本実施の形態におけるリチウムイオン電池の製造工程では、まず、リチウムイオン電池用の正極または負極に塗布する電極材１８を高粘度のスラリー状ないしペースト状の液体として調整し、かかる電極材１８を電極材塗布部２に設置したダイコーターなどの塗工手段である電極材塗工ノズル３を用いて、電極箔供給部である集電用電極箔ロール４から供給される電極箔１の表面上に薄く、均一に塗布する。

本実施の形態の液状の電極材１８は、少なくとも、正または負極活物質粉末を含み、場合によっては導電材粉末の固形成分を含む。また、電極材１８は、乾燥後において粉末成分間もしくは粉末成分と電極箔間を結着するためのバインダー成分を含み、さらに固化材を含み、これらの成分をスラリー状の高粘度液体ペーストとして調整するための第１の溶剤を含むものである。

つまり、電極材１８は、正または負極活物質粉末、バインダー、固化材および第１の溶剤を含み、場合によっては導電材粉末の固形成分を含んでいる。ただし、本実施の形態のより好ましい手段としては、バインダー成分を本実施の形態の固化材として用いることもできる。したがって、電極材１８は、正または負極活物質粉末、固化材として使用可能なバインダー、および第１の溶剤を少なくとも含んでいる。

次に、上記のようにして電極材１８を塗布した電極箔１の裏面に接しながら、電極箔１を一定速度で搬送するためのローラー搬送系５を用いて、電極箔１を固化室９に搬入する。続いて、電極材１８に本実施の形態に関わる第２の溶剤である固化液（図示せず）を接触させることで、電極材１８を固化する。

第２の溶剤である固化液は、第１の溶剤とは異なり、固化材を溶解しない性質を有するとともに、第１の溶剤と相互に溶解する性質を有することが必要である。第２の溶剤を電極箔１上の塗布膜である電極材１８に接触させると、第２の溶剤は電極材１８内の第１の溶剤を置換しながら電極材１８内に浸入する。電極材１８内で第２の溶剤の濃度が増加すると固化材の溶解度が不足するようになるため固化材は析出し、このとき、ペースト内に含まれる活物質粒子間を結着することで塗布膜全体が固化する。このような固化の過程は乾燥などに要する時間より遥かに短い時間で生じるため、塗布膜の内部は流動性が低くなり、塗布膜内の各種成分の分布等はほぼ瞬間的に固定される。

固化した塗布膜を保持した電極箔を搬送する場合には、固化した塗布膜と接触する接触式のローラー搬送系の使用も可能となる。すなわち、本実施の形態では固化した塗布膜と接触する接触式のローラー搬送系５の使用も可能となるため、複雑で、かつ高価なエアー浮上式の搬送系を用いる必要がなく、ローラー搬送系５を使用した安価な固化室９及び乾燥室６を利用することができる。

次に、上記のように固化室９内で固化したペーストを保持した電極箔１を乾燥室６に搬入し、熱風乾燥などの周知の手法でペースト中の溶剤成分を加熱蒸発させてペーストを乾燥させることで、電極膜を形成する。乾燥工程を経た電極箔１を巻き取る巻取り部である電極箔ロール７は、次工程に供給される。ただし、電極箔１の裏面にも電極膜を形成する場合には、上記のような工程を電極箔１の表面の反対側の裏面に対しても行い、両面に電極膜を形成した電極箔からなる電極シートを製造してから、次の工程に進む。

上述した工程により、正極用の電極箔（例えばＡｌ（アルミニウム））の表面に正極用の電極膜（例えばアセチレンブラックなどの導電材）を形成することで正極シートを形成する。また、上述した工程により、負極用の電極箔（例えばＣｕ（銅））の表面に負極用の電極膜（例えばアセチレンブラックなどの導電材）を形成することで負極シートを形成する。また、正極シートおよび負極シートの間にセパレータを介在させた積層構造を形成する。

上述した乾燥室６での乾燥工程では、流動性のある液状のペーストの乾燥ではなく、固化したペーストを乾燥すればよい。このため、固化室９を用いた固化工程の導入により、ペーストの乾燥の際に問題となる、ペースト内の組成の変動、および膜厚変動の発生を防止しつつ、ペーストを乾燥させることができ、短時間での急速乾燥が可能となる。

このため、本実施の形態のリチウムイオン電池の製造工程では、上記のように搬送経路が短い乾燥室を用いた場合、または搬送速度が速い製造装置を用いても、電極膜の信頼性が低下することを防ぐことができる。また、より高温で急速に乾燥工程を行ったとしても、電極材は流動性を失っているため、電極材内で濃度分布が偏ることを防ぐことができる。したがって、乾燥設備を小型化することができ、さらに、リチウムイオン電池の製造工程におけるスループットを向上させ、製造コストを低減することができる。

次に、図２に示すように、図１を用いて説明した工程により形成した正極シート１０および負極シート１１、ならびにそれらの電極シートの間に設けられたセパレータ材１２を積層して切断したものを、例えば円筒型の容器１３内に組み込み、当該容器１３内に電解液を注液した後、封止することによって、リチウムイオン電池が完成する。図２は、リチウムイオン電池の断面図ある。図２に示すように、容器１３、正極端子１５、負極端子１６などにより、正極シート１０、負極シート１１およびセパレータ１２は封止されている。正極シート１０は、金属膜からなる正極リード１４を介してガス排出構造を有する正極端子１５に電気的に接続されており、負極シート１１は、金属膜からなる負極リード（図示せず）を介して負極端子１６に電気的に接続されている。

容器１３内において、正極シート１０、セパレータ材１２、負極シート１１およびセパレータ材１２の順に積層された積層膜は、正極シート１０および負極シート１１が繰り返し交互に積層され、隣り合う正極シート１０および負極シート１１間にセパレータ材１２が介在する構造を有しており、この積層膜が円筒状の容器１３内に巻かれた状態で封入されている。

本実施の形態の特徴の一つは、図１を用いて説明したように、乾燥工程前に固化工程を行うことで溶剤の置換が起こり、乾燥室内で除去するペースト中の溶剤成分は、その殆どがペースト調整に使用する第１の溶剤ではなく、本実施の形態の第２の溶剤となることにある。これにより、かかる乾燥時に除去する溶剤を、ペースト塗布時のペースト中の溶剤と異なる溶剤にすることで、乾燥に伴う製造上の問題を回避することができる。

具体的には、ペーストの塗布時のペースト中に含まれる溶剤成分としての第１の溶剤が可燃性溶剤であっても、固化工程でペースト中の第１の溶剤が第２の溶剤に置換されるので、第２の溶剤として不燃性溶剤を用いれば、乾燥室での可燃性溶剤蒸気の発生を防ぐことが可能である。このため、可燃性溶剤蒸気の扱いに伴う各種安全対策を行う必要がなく、また、蒸気の回収設備を設ける必要性がなくなるため、設備上のコスト増加を防ぐことが可能となる。

以下では、本実施の形態におけるリチウムイオン電池を構成する各材料、およびリチウムイオン電池を製造する際に用いる各材料について詳しく説明する。

本実施の形態で用いるリチウムイオン電池の正極活物質には、コバルト酸リチウムまたはマンガン（Ｍｎ）を含有するスピネル構造のリチウム含有複合酸化物を用いることが考えられる。また、該正極活物質には、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）を含む複合酸化物、またはオリビン型リン酸鉄に代表されるオリビン型化合物などを使用するがことが考えられる。ただし、正極活物質に用いる材料は、これらに限定されるわけではない。

マンガン（Ｍｎ）を含有するスピネル構造のリチウム含有複合酸化物は熱的安定性に優れているため、これを含む電極シートを形成することで、安全性の高い電池を構成することができる。また正極活物質には、マンガン（Ｍｎ）を含有するスピネル構造のリチウム含有複合酸化物のみを用いてもよいが、他の正極活物質を併用してもよい。このような他の正極活物質としては、例えば、Ｌｉ_１＋ｘＭＯ_２（−０．１＜ｘ＜０．１、Ｍ：Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｔｉなど）で表わされるオリビン型化合物などが挙げられる。また、層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物の具体例としては、ＬｉＣｏＯ_２またはＬｉＮｉ_１−ｘＣｏ_ｘ−ｙＡｌ_ｙＯ_２（０．１≦ｘ≦０．３、０．０１≦ｙ≦０．２）などを用いる事ができる。また、層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物には、少なくともＣｏ、ＮｉおよびＭｎを含む酸化物（ＬｉＭｎ_１／３Ｎｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｏ_２、ＬｉＭｎ_５／１２Ｎｉ_５／１２Ｃｏ_１／６Ｏ_２、ＬｉＮｉ_３／５Ｍｎ_１／５Ｃｏ_１／５Ｏ_２など）などを用いることができる。

本実施の形態で用いる負極活物質は、例えば、天然黒鉛（鱗片状黒鉛）、人造黒鉛または膨張黒鉛などの黒鉛材料を用いることができる。また、負極活物質には、ピッチを焼成して得られるコークスなどの易黒鉛化性炭素質材料を用いることもできる。また、負極活物質には、フルフリルアルコール樹脂（ＰＦＡ）、ポリパラフェニレン（ＰＰＰ）またはフェノール樹脂などを低温焼成して得られる非晶質炭素などの難黒鉛化性炭素質材料を用いてもよい。また、炭素材料の他に、リチウム（Ｌｉ）またはリチウム含有化合物なども負極活物質として用いることができる。

リチウム含有化合物としては、Ｌｉ−Ａｌなどのリチウム合金、Ｓｉ（ケイ素）、または、Ｓｎ（スズ）などとリチウム（Ｌｉ）との合金化が可能な元素を含む合金が挙げられる。さらにＳｎ酸化物またはＳｉ酸化物などの酸化物系材料を用いることも可能である。

本実施の形態で用いる導電材は、正極合剤層に含有させる電子伝導助剤として用いるもので、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト、カーボンファイバー、またはカーボンナノチューブなどの炭素材料が好ましい。上記の炭素材料の中でも、添加量と導電性の効果、および正極合剤層含有組成物（後述する）の製造性の点から、アセチレンブラックまたはケッチェンブラックを用いることが特に好ましい。かかる導電材は負極合剤層の材料として用いることも可能であり、好ましい場合もある。なお、ここでいう正極または負極の合剤層とは、上記した電極材ペースト、またはこれを固化、乾燥させた導電膜のことである。

本実施の形態では、バインダー成分を本実施の形態の固化材として用いることもできるため、以下に示すようなバインダーを用いることができる。

本実施の形態のバインダーは、上記の活物質および電子伝導助剤を結着するためのバインダーも含有していることが好ましい。バインダーとしては、例えば、ポリビニリデンフルオライド系ポリマー（主成分モノマーであるビニリデンフルオライドを８０質量％以上含有する含フッ素モノマー群の重合体）、またはゴム系ポリマーなどが好適に用いられる。上記ポリマーは、２種以上を併用してもよい。また、本実施の形態のバインダーは、溶媒に溶解した溶液の形態で供されるものが好ましい。

上記ポリビニリデンフルオライド系ポリマーを合成するための含フッ素モノマー群としては、ビニリデンフルオライド、または、ビニリデンフルオライドと他のモノマーとの混合物で、ビニリデンフルオライドを８０質量％以上含有するモノマー混合物などが挙げられる。他のモノマーとしては、例えば、ビニルフルオライド、トリフルオロエチレン、トリフルオロクロロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、およびフルオロアルキルビニルエーテルなどが挙げられる。

上記のゴム系ポリマーとしては、例えば、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム、およびフッ素ゴムなどが挙げられる。

正極および負極の各合剤層中におけるバインダーの含有量は、乾燥後の電極剤を基準として０．１質量％以上、より好ましくは０．３質量％以上であって、１０質量％以下、さらに、５質量％以下であることがより望ましい。バインダーの含有量が少な過ぎると、本実施の形態の固化工程における固化が不十分となるばかりでなく、乾燥後の合剤層の機械的強度が不足し、合剤層が電極箔から剥離する問題がある。また、バインダーの含有量が多過ぎると、合剤層中の導電材の量が減少して、電池容量が低くなる虞がある。

本実施の形態の固化材は、上記のバインダーと同じもの、または上記したバインダーとして用いることができる複数の材料の混合物が用いられる。バインダーとしての性能を持たず、固化材としての性能を有する成分をバインダーに加えて使用することも可能である。

次に、本実施の形態におけるリチウムイオン電池の各材料について説明する。

本実施の形態において、電極箔に電極材を塗布する方法として、例えば、押出しコーター、リバースローラー、ドクターブレード、アプリケーターなどを用いた塗布方法を用いることができる。

本実施の形態で用いる電極箔は代表的に示したものであり、シート状の箔に限定されることはなく、その基体としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス鋼、もしくはチタン（Ｔｉ）などの純金属または合金性導電材料を用いて、その形状として、網、パンチドメタル、フォームメタル、または板状に加工した箔などが用いられる。導電性基体の厚みとしては、例えば、５〜３０μｍ、より好ましくは８〜１６μｍが選択される。また、電極箔の一方の表面に形成される電極膜の厚みは、乾燥後の厚みで、例えば、１０〜３００μｍ、より好ましくは３０〜１５０μｍを選択できる。

本実施の形態の溶剤は、電極材ペーストに含まれる第１の溶剤と固化液である第２の溶剤を適切に選択して使うことが重要である。これらの溶剤は本実施の形態の固化材もしくは固化材を兼用するバインダー成分の溶解性、および溶剤相互の溶解性を考慮して選択する。第１の溶剤としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルスルホキシド、プロピレンカーボネート、ジメチルホルムアミド、もしくはγ−ブチロラクトンなどに代表される非プロトン性極性溶剤、またはこれらの混合液を選択できる。

また、第２の溶剤としては、水、エタノール、イソプロピルアルコール、もしくは酢酸などに代表されるプロトン性溶剤またはこれらの混合液を選択できるが、ここに挙げた例に限定されるわけではない。場合によっては第２の溶剤として、脂肪族飽和炭化水素、脂肪族アミン類、エステル類、エーテル類、ハロゲン系各種溶剤などを選択することも可能である。さらに、場合によっては第１の溶剤と第２の溶剤とを交換する選択も可能である。

本実施の形態の溶剤の選択は電極材料に用いる固化成分の選択とそれに合致した２種の溶剤の組み合わせに依存する。電極材ペーストに含まれる第１の溶剤を非プロトン性極性溶剤またはこれらの混合液とし、固化液である第２の溶剤を非プロトン性極性溶剤またはこれらの混合液とすることで、電極材ペースト中ではバインダー成分が同化せず、固化材中でバインダー成分を固化することが容易にできる。これにより、固化材を電極材ペーストに接触させるまでは、電極材ペーストとバインダーとを電極箔の表面に広く塗布することができる一方で、固化液を電極材ペーストに接触させれば、電極材ペーストとバインダーを容易に固化させることができる。

また、本実施の形態では、電極材の固化工程を行ってから乾燥工程を行うことで、電極材は流動性を失うため、乾燥工程において電極材の表面にバインダーが偏析することがない。これにより、電極膜と電極箔との結合性が低下することを防ぐことができる。電極箔ロールを装置と同様のセパレータ形成装置に設置し、電極膜の形成工程と同様にして、電極材塗工部において電極箔上に正極用または負極用の電極膜を介してペースト状のセパレータ材を塗布した後、乾燥室において乾燥させることで、電極膜上にセパレータ材を積層させて形成する。

完成したリチウムイオン電池内において、セパレータ材は、例えば多孔性ポリプロピレン膜などからなり、正極シートと負極シートとの間に介在し、隣り合う電極の両極活物質同士の接触を防止すると共に、セパレータ内の空孔内に電解液を保持し、電極間のイオン伝導の通路を形成するものである。セパレータを形成するために電極シート上に塗布するセパレータ材の材料には、シリカ（酸化シリコン）などと、上述したバインダーと、第１の溶剤（例えばＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ））とを混ぜた混合ペーストを用いることが考えられる。

このようなペーストを、電極膜上に塗布した後、固化工程により、ペーストに第２の溶剤（例えば水）を供給することでペーストが固化し、その後、温風乾燥などにより乾燥工程を行うことで、電極箔上に電極膜を介してペーストを積層して形成することができる。

また、ペースト状の電極材を電極箔上に塗布した後、続いてペースト状のセパレータ材を電極材上に塗布し、その後セパレータ材および電極材の固化工程および乾燥工程を一括して行う。これにより、固化工程および乾燥工程を行う回数を省略することができ、スループットを向上させ、また、製造装置を縮小させることができるため、リチウムイオン電池の製造工程を簡略化し、製造コストを低減することができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２であるリチウムイオン電池の製造装置を構成する電極製造装置の概略図である。本実施の形態では、電極材塗布部２とセパレータ材塗布部１７との間にプレ乾燥ノズル８を有するプレ乾燥室２８が設けられている。本実施の形態によれば、プレ乾燥室２８内を清浄に保つことができ、プレ乾燥時における不純物の侵入を防止することができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明は、電極材またはセパレータ材の乾燥工程を有するリチウムイオン電池の製造技術に適用して有効である。

１ 電極箔
２ 電極材塗布部
３ 電極材塗工ノズル
４ 集電用電極箔ロール（電極箔供給部）
５ ローラー搬送系
６ 乾燥室
７ 電極箔ロール（電極箔巻取り部）
８ プレ乾燥ノズル
９ 固化室
１０ 正極シート
１１ 負極シート
１２ セパレータ材
１３ 容器
１４ 正極リード
１５ 正極端子
１６ 負極端子
１７ セパレータ材塗布部
１８ 電極材
１９ セパレータ材塗工ノズル
２０ 覆い部
２１ 温調ユニット
２２ 吹き出し口
２３ 整流板
２４ 調整板
２５ 軸
２６ 送風ダクト
２７ ダンパ
２８ プレ乾燥室

Claims (12)

1. 電極箔供給部から巻取り部に搬送される電極箔の一方の面に電極材を塗布する電極材塗布部と、
   前記電極材塗布部の後方に設けられ、前記電極箔の一方の面に塗布された前記電極材の表面にセパレータ材を塗布するセパレータ材塗布部と、
   前記電極材塗布部と前記セパレータ材塗布部との間に、前記電極箔の一方の面に塗布された前記電極材に温風を吹き付けて前記電極材の表面だけを乾燥するプレ乾燥ノズルと、
   を有するリチウムイオン電池の製造装置であって、
   前記プレ乾燥ノズルは、前記電極材への温風吹き付け時間を調整可能な調整板と、前記電極材への温風吹き付けの風量を調整可能なダンパとを有することを特徴とするリチウムイオン電池の製造装置。
2. 前記電極材塗布部と前記セパレータ材塗布部との間に、前記電極箔が通過可能なプレ乾燥室を有し、前記プレ乾燥室内に前記プレ乾燥ノズルを備えていることを特徴とする請求項１記載のリチウムイオン電池の製造装置。
3. 前記プレ乾燥ノズルはさらに、前記電極箔を所定の範囲で覆う覆い部と、前記覆い部に所定の温度に調整された温風を送風する温調ユニットと、前記覆い部の吹き出し口に幅方向に連続し且つ電極箔の搬送方向に所定の間隔で設けられた整流板とを有することを特徴とする請求項１または２記載のリチウムイオン電池の製造装置。
4. 前記調整板は、前記覆い部の吹き出し口に設けられ、前記温風吹き付け時間の調整は前記調整板により温風の吹き出し範囲を調整することで行うことを特徴とする請求項３記載のリチウムイオン電池の製造装置。
5. 前記電極材は、固化材と第１の溶剤とを含み、前記セパレータ材塗布部の後方には、第２の溶剤を前記電極材および前記セパレータ材に供給することで、前記固化材を析出させて前記電極材を固化させる固化室を有していることを特徴とする請求項１-から４の何れかに記載のリチウムイオン電池の製造装置。
6. 前記温風吹き付け時間は１０秒以上３０秒以下であることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のリチウムイオン電池の製造装置。
7. 前記プレ乾燥ノズルから前記電極材へ吹き付ける温風の温度は８０℃以上１００℃以下であることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のリチウムイオン電池の製造装置。
8. 電極箔供給部から巻取り部に搬送される電極箔の一方の面に電極材を塗布する工程と、前記電極箔の一方の面に塗布された前記電極材の表面にセパレータ材を塗布する工程とを有するリチウムイオン電池の製造方法であって、前記電極材を塗布する工程と前記セパレータ材を塗布する工程との間に、前記電極箔の一方の面に塗布された前記電極材の表面に所定の温度および風量に制御された温風を所定の時間吹き付けて、前記電極材の表面だけを乾燥するプレ乾燥工程を有することを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
9. 前記プレ乾燥工程が、前記プレ乾燥ノズルを有するプレ乾燥室の内部を電極箔が通過する際に行われることを特徴とする請求項８記載のリチウムイオン電池の製造方法。
10. 前記電極材は、固化材と第１の溶剤とを含み、前記プレ乾燥工程後に、第２の溶剤を前記電極材および前記セパレータ材に供給することで、前記固化材を析出させて前記電極材を固化させる固化工程を有することを特徴とする請求項８または９に記載のリチウムイオン電池の製造方法。
11. 前記プレ乾燥工程において、前記電極材への温風吹き付け時間は１０秒以上３０秒以下であることを特徴とする請求項８から１０の何れかに記載のリチウムイオン電池の製造方法。
12. 前記プレ乾燥工程において、前記電極材へ吹き付ける温風の温度は８０℃以上１００℃以下であることを特徴とする請求項８から１０の何れかに記載のリチウムイオン電池の製造方法。
    

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