JP6593154B2 - 粉体供給機構、粉体噴射ノズル、成膜方法、電極部材の製造方法、二次電池の製造方法、および成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉体供給機構、粉体噴射ノズル、成膜方法、電極部材の製造方法、二次電池の製造方法、および成膜装置に関する。

回転板の周に沿って設けられた溝に粉体を落下させ、この溝の中の粉体を分散ガスとともにエアロゾル導出部へ流すエアロゾル生成装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００７−２３１３９０号公報

従来技術では、溝の中の粉体を十分に捕集できないことがあり、ノズルの長手方向、あるいは回転方向の捕集量に差を生じて膜厚むらを生じることがあるという課題がある。

本発明の第１の態様による粉体供給機構は、粉体を収容するための複数の溝部が、回転可能な円筒形状部材の外周面の母線方向に平行に延設された粉体収容部と、前記粉体収容部の前記溝部に収容されている粉体に向けて気体を噴出するための噴出開口が、複数の前記溝部のうちの一つの溝部と対向するように前記母線方向に沿って延設された気体噴出部と、前記気体噴出部の前記噴出開口から噴出された気体によって前記溝部から吐き出された前記粉体を捕集する捕集開口が、前記母線方向に沿って前記噴出開口と並べて延設された粉体捕集部と、を備える。
本発明の第２の態様による粉体噴射ノズルは、上記第１の態様による粉体供給機構と、前記粉体供給機構によって捕集された前記粉体を、加速用の気体とともに噴射する粉体噴射部とを備える。
本発明の第３の態様による成膜方法は、上記第２の態様による粉体噴射ノズルによって活物質粒子を基材に噴射し、前記基材に活物質の膜を成膜させる。
本発明の第４の態様による電極部材の製造方法は、上記第３の態様による成膜方法によって基材に前記活物質の膜を成膜させる。
本発明の第５の態様による二次電池の製造方法は、上記第４の態様による電極部材の製造方法によって製造された電極部材を電極とする。
本発明の第６の態様による成膜装置は、上記第２の態様による粉体噴射ノズルと、前記粉体噴射ノズルによって活物質粒子を基材に噴射させ、前記基材に活物質の膜を成膜させる成膜制御を行う制御部とを備える。

成膜装置の要部構成図である。 図１のノズルユニットの内部を説明する図である。 粉体の混合部を例示する斜視図である。 ドラムを例示する斜視図である。 噴射用ノズルにおける流路を示す斜視図である。 粉体の供給部における流路を説明する模式図である。 粉体の加速部における流路を説明する斜視図である。 粉体の加速部における混合流体の流れを説明する図である。 電極材料の製造処理の流れを説明するフローチャートである。 負極活物質の膜が形成された電極材料を用いたリチウムイオン二次電池を例示する図である。 成膜幅方向の位置（横軸）と、膜の膜厚（縦軸）との関係を例示する図である。 ロール・ツー・ロール(Roll to Roll)方式の場合の成膜装置の要部構成図である。

＜用途の一例＞
本発明の一実施の形態による粉体供給機構は、例えば、粒子をノズルから噴射する成膜装置に備えられる。成膜装置は、例えば、リチウムイオン二次電池の負極用電極の製造に用いられる。負極用電極は、例えば、薄板状に形成された導電性の高い銅（Ｃｕ）などの電極基材の表面に、負極活物質を含む膜が形成されたものである。この膜は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、およびシリコンと銅の合金であるＣｕ_３Ｓｉを含む。

電極基材の表面に負極活物質を成膜させる手法の一例として、パウダー・ジェット・デポジション(Powder Jet Deposition：以下、PJDと呼ぶ)法が知られている。PJD法は、負極活物質の粒子を気体の噴流に乗せてノズルから噴射し、ノズルに対向して配置した電極基材に衝突させて付着させることにより、常温かつ常圧下で電極基材の表面に負極活物質を成膜させる手法である。

上述したような成膜装置では、電極基材の表面に負極活物質の均一な膜を成膜させるため、ノズルから粒子を均一に噴射することが要求される。本実施の形態による粉体供給機構は、ノズルに対して定量の粉体の粒子を適切に供給するように構成したものである。また、本実施の形態による粉体噴射ノズルは、上記粉体供給機構に加えて気体加速部を備える。かかる構成により粉体噴射ノズルは、粉体供給機構から供給された定量の粒子を、ノズル内の粒子の流路において適切に拡散し、粒子を均一に噴射する。

＜成膜装置＞
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態による粉体噴射ノズルを備えた成膜装置を説明する。噴射する活物質の粒子は、メカニカルアロイング(Mechanical Alloying)法により造粒される。メカニカルアロイングとは、固体物質に粉砕、衝撃、摩擦等の機械的なエネルギーを加えることにより造粒する方法である。

機械的なエネルギーとは、粒子に与えられるエネルギーのことをいう。メカニカルアロイングにおいては、粒子を収容して回転させる容器の回転数、容器の内径、容器の公転半径および処理時間により、さらに媒体ボールを用いる場合には、媒体ボール径と媒体ボールの数量等の条件を加えることにより、エネルギーが算出される。
なお、本願明細書においては、造粒処理の前後において合金組成に変動がない場合についても、上記の処理による造粒工程を指してメカニカルアロイングと称するものとする。

本実施の形態では、造粒工程において、上記の媒体ボールと呼ばれる球状の部材を固体物質と共に用いる。固体物質には、負極活物質としてのシリコン粒子と銅粒子とを用いる。銅とシリコンを用いる場合、機械的なエネルギーによって、展性を有する銅が破砕と冷間圧延を繰り返し、さらにはシリコンを捲き込んで塑性変形や結着を起こすことにより、銅の粒子と、シリコンの粒子と、銅とシリコンの合金であるＣｕ_３Ｓｉの粒子とを含む活物質粒子が生成される。

なお、上記シリコンは、第１４族元素の単質材料、第１４族元素と原子番号２１〜３０の金属との合金材料、原子番号２１〜３０の金属の炭化物材料、または原子番号２１〜３０の金属の酸化物材料などから例示したものである。シリコンの他に、ケイ素、スズ等が該当する。

また、上記銅は、第３族〜第１３族の金属元素材料、または第１３族〜第１４族の金属元素の酸化物材料などから例示したものである。銅の他に、ニッケル等が該当する。

図１は、成膜装置１の要部構成図である。説明の便宜上、図１に示す配設姿勢における上下左右をもって、上下左右と称して説明する。図１において、成膜装置１は、ガス供給ユニット２２と、ノズルユニット２０と、ワーク移動ユニット２３と、回収装置３０と、排気ユニット４０と、タンクユニット５０と、制御ユニット６０とを含む。各ユニットおよび各バルブは、制御ユニット６０により制御される。制御ユニット６０は、例えばパーソナルコンピュータ等に制御プログラムを実行させることによって構成され、成膜装置１による成膜処理を制御する。

タンクユニット５０は、上述したように造粒された粒子を収容する。タンクユニット５０内の粒子は、タンクユニット５０とノズルユニット２０とをつなぐパイプ３０２を介してノズルユニット２０に供給される。ノズルユニット２０は、所定量の粒子を噴射するために、後述する粉体供給機構と一体に構成されている。

ノズルユニット２０にはさらに、ガス供給ユニット２２からパイプ２０１を介して粒子を噴射するためのキャリアガスが供給される。パイプ２０１には、バルブ１０１が設けられている。バルブ１０１は、ガス供給ユニット２２からノズルユニット２０へ粒子噴射用のキャリアガスを供給する際に開かれる。キャリアガスとしては、例えば窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）といった不活性ガスや空気が使用される。

ノズルユニット２０は、ノズル内部を流動するキャリアガスによって粒子を分散、加速させ、ノズル先端２０Ａのノズル開口から電極基材Ｗに向けて、図１の左方へ噴射する。ワーク移動ユニット２３は、ノズル先端２０Ａに対する電極基材Ｗの位置を移動させる。
このワーク移動ユニット２３には、シート状に構成されたフレキシブルの電極基材Ｗを供給ロール側から送出し、回収ロール側で巻き取る、いわゆるロール・ツー・ロール(Roll to Roll)方式などを使用してもよい。図１２には、ロール・ツー・ロール方式の場合のワーク移動ユニット２３Ｂを例示する。図１２において、ワーク移動ユニット２３Ｂは、駆動ローラＲ１および駆動ローラＲ２を有し、電極基材Ｗを供給ロール２３１から回収ロール２３２へ所定の速度で搬送する。不図示のモータ等によって駆動される駆動ローラＲ１および駆動ローラＲ２は、電極基材Ｗの両面を保持しながら回転する。これにより、ノズル先端２０Ａに対する電極基材Ｗの位置をロール・ツー・ロール方式によって移動させることができる。

成膜装置１は、集塵チャンバー１１を装備している。集塵チャンバー１１は、電極基材Ｗに付着しなかった非着粒子を回収するために設けられる。ノズル先端２０Ａおよびワーク移動ユニット２３は、集塵チャンバー１１の内部に設けられる。集塵チャンバー１１およびノズルユニットは成膜チャンバー１０に収容されている。成膜チャンバー１０には、パイプ２０１から分岐したパイプ２０１Ａが接続されている。このパイプ２０１Ａにはバルブ１０２が設けられている。バルブ１０２は、ガス供給ユニット２２から成膜チャンバー１０内へキャリアガスを供給する際に開かれる。

集塵チャンバー１１には、パイプ３０１を介して回収ユニット３０が接続される。回収ユニット３０には、パイプ２０６を介して排気ユニット４０が接続される。排気ユニット４０は、回収ユニット３０を介して集塵チャンバー１１の内部を排気する。これにより、集塵チャンバー１１内部の非着粒子は、キャリアガスとともに回収ユニット３０に回収される。パイプ３０１にはバルブ１０３が設けられている。バルブ１０３は、集塵チャンバー１１から非着粒子を回収する際に開かれる。

なお、集塵チャンバー１１内部の圧力は、非着粒子が集塵チャンバー１１の隙間から集塵チャンバー１１の外部に漏れださないように、集塵チャンバー１１の外部の圧力より低くなるように制御される。この制御は、制御ユニット６０がバルブ１０４、１０５およびバルブ１０６の開度を適宜調節することによって行う。バルブ１０４は、回収ユニット３０と成膜チャンバー１０とをつなぐパイプ２０２に配置される。バルブ１０５は、排気ユニット４０と成膜チャンバー１０とをつなぐパイプ２０３に配置される。バルブ１０６は、排気ユニット４０から外部へ排気を行うパイプ２０４に配置される。

回収ユニット３０は、非着粒子とキャリアガスとを分離する。非着粒子とキャリアガスとを分離する方法としては、例えば、バグフィルタ方式やサイクロン方式等が挙げられる。

＜ノズルユニットの説明＞
図２は、図１のノズルユニット２０の内部を説明する図である。ノズルユニット２０は、粉体受け部３００と、回転かご３１０と、ドラム３３０と、円筒ジャケット３３１と、噴射用ノズル２０Ｂとを含む。

図２において、左向きをＺ軸プラス方向とする。また、上向きかつＺ軸に直交する向きをＹ軸プラス方向とする。さらに、紙面に垂直な手前方向で、Ｚ軸およびＹ軸に直交する向きをＸ軸プラス方向とする。上記座標系において、活物質の粒子はノ噴射用ノズル２０Ｂのノズル先端２０Ａのノズル開口からＺ軸プラス方向へ噴射される。以降の図においては、図２の座標系を基準として向きを表す。

噴射用ノズル２０Ｂの流路は、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面における流路断面が、Ｘ軸方向に延在されて幅が広く、Ｙ軸方向に幅が狭い扁平形状である。本願明細書において、Ｘ軸方向の幅が広い壁面を広壁面、Ｙ軸方向の幅が狭い壁面を狭壁面と呼ぶ。

本実施の形態では、扁平形状の流路断面の一例として矩形形状の場合を例示するが、矩形形状のみに限定されるものではなく、扁平形状として長円形や楕円形等、種々な形状に構成してもよい。以降説明する扁平形状の他の流路断面についても同様である。

粉体受け部３００および回転かご３１０は、粉体の混合部を構成する。図３は、粉体の混合部を例示する斜視図である。粉体受け部３００には、パイプ３０２（図２）を介して噴射用の粒子が導入される。粉体受け部３００の中には、軸Ｐ１の周りに回転可能な円筒形状の回転かご３１０が設けられている。粉体受け部３００の底３１１（図２）は、回転かご３１０の外周面との間に所定の空隙をもたせた半円筒形状に構成されている。回転かご３１０が図２、図３の矢印方向に回転することにより、粉体受け部３００の中の粒子がかき混ぜられる。ここで、回転かご３１０の隙間は粒子の粒径に比べて十分に大きいため、粒子が回転かご３１０の中に留まることはない。
なお、粉体受け部３００への紛体の供給方法は、回転かご３１０に均一に粉体を供給する方法を使うことが好ましい。

＜粉体の搬送部＞
図２のドラム３３０および円筒ジャケット３３１は、粉体の搬送部を構成する。図４は、ドラム３３０を例示する斜視図である。ドラム３３０は、軸Ｐ２の周りに回転可能な円筒形状の粉体搬送部材である。ドラム３３０の外周面には、母線方向に延設された複数の溝３３０Ａが設けられている。複数の溝３３０Ａは、上記母線方向において溝３３０Ａの幅や深さが均一に構成されるとともに、複数の溝３３０Ａの相互の幅や深さも等しく構成される。図２の円筒ジャケット３３１は、ドラム３３０の外周面と接触しない程度に空隙をもたせてドラム３３０の外周面を覆う円筒形状に構成されている。
本実施の形態では、ドラム３３０の外周面の母線方向に延設された溝３３０Ａの長さは、噴射用ノズル２０Ｂにおけるノズル先端２０Ａのノズル開口の長辺（Ｘ軸方向）の長さに対応する。

粉体受け部３００の底３１１の下部には、ドラム３３０の外周面を覆う円筒ジャケット３３１の上部との間に貫通された開口３２０が設けられている。開口３２０は、ドラム３３０の溝３３０Ａの方向に沿って延設されている。粉体受け部３００でかき混ぜられた粒子は、図３および図４に示すように、開口３２０（図２）から下方（Ｙ軸マイナス方向）へ落ちてドラム３３０の溝３３０Ａの中に入る。ドラム３３０が図２および図４の矢印方向に回転することにより、溝３３０Ａに収容された粒子がドラム３３０の周方向へ搬送される。

また、ドラム３３０の回転により、上記開口３２０と対向する位置へドラム３３０の溝３３０Ａが順次移動する。これにより、開口３２０と対向する溝３３０Ａに対して次々と粒子が満たされる。ここで、ドラム３３０の外周と円筒ジャケット３３１との間の空隙は、溝３３０Ａを満たす粒子をすり切りにする。このため、ドラム３３０の周方向へ搬送される粒子の量は、どの溝３３０Ａにおいても一定量となる。さらに、溝３３０Ａの延在方向（Ｘ軸方向）における粒子の量も均一となる。
上記の例では、ドラム３３０の溝３３０Ａの奥（図６において右方）の断面形状はおおよそ円弧であるが、必ずしも円弧形状でなくてもよい。例えば、円弧より細く曲がった形状でもよい。また、平面を組み合わせることにより、溝３３０Ａの断面を多角形状に構成してもよい。このように、ドラム３３０の溝３３０Ａの断面形状は、粉体の特性や噴出するガスの流れに適した種々の形状を採用することができる。

図２の噴射用ノズル２０Ｂは、粉体の供給部２１０と、粉体の加速部２２０とを含む。上記ドラム３３０の溝３３０Ａに収容されている粒子は、ドラム３３０の回転によって、噴射用ノズル２０Ｂの粉体の供給部２１０と対向する位置へ搬送される。粉体の供給部２１０は、対向する位置において溝３３０Ａの中に満たされている粒子を、以下のように噴射用ノズル２０Ｂの中へ供給する。

＜粉体の供給部＞
図５は、噴射用ノズル２０Ｂにおける流路を示す図であり、図２における矢印Ａの方向から見た斜視図である。図５の噴射用ノズル２０Ｂにおいて、粉体の供給部２１０は、粉体の加速部２２０よりも流路の上流側（Ｚ軸マイナス方向）に設けられている。

図６は、粉体の供給部２１０における流路を説明する模式図である。粉体の供給部２１０は、噴出用の気体を導入する気体導入部２１１と、気体導入部２１１から導入された噴出用の気体を整流するポーラス部２１２と、ポーラス部２１２から出力された噴出用の気体が流動する流路２１３と、噴出用の気体をドラム３３０の溝３３０Ａに向けて噴出する噴出開口２１３Ａと、噴出開口２１３Ａから噴出された気体によって溝３３０Ａから吐き出された粒子を捕集する捕集開口２１４Ａおよび２１５Ａと、捕集された粒子が気体とともに流動する流路２１４および２１５とを含む。

気体導入部２１１は、Ｘ軸方向に並べて離散的に配置された複数（図５の例では３つ）の流路２１１Ａ〜２１１Ｃによって構成される。流路２１１Ａ〜２１１Ｃには、不図示のチューブ等を介して噴出用の気体（例えば、キャリアガス）が導入される。複数の流路２１１Ａ〜２１１Ｃを有する気体導入部２１１より導入された噴出用の気体は、ポーラス部２１２よりも上流側（Ｚ軸プラス方向）に位置する空間２１１Ｇにおいて合流する。流路２１３は、ポーラス部２１２よりも下流側に設けられる。Ｘ−Ｙ平面に平行な平面における流路２１３の流路断面は、Ｘ軸方向に延在されて幅が広く、Ｙ軸方向に幅が狭い扁平形状である。

ポーラス部２１２は、扁平形状の流路２１３における噴出用の気体の圧力をＸ軸方向に均す圧力調整部として機能する。ポーラス部２１２は、圧力調整した噴出用の気体を流路２１３へ噴き出す。流路２１３をＺ軸マイナス方向に流動した噴出用の気体は、噴出開口２１３Ａからドラム３３０の溝３３０Ａに向けて噴出される。すなわち、Ｘ軸方向に延在された幅広の噴出開口２１３Ａから、ドラム３３０の外周面に設けられている溝３３０Ａに対し、溝３３０Ａの延在方向（Ｘ軸方向）において均一な流量の気体が噴出される。

ドラム３３０の溝３３０Ａに収容されている粒子は、噴出開口２１３Ａから噴出された噴出用の気体によって溝３３０Ａから吐き出される。溝３３０Ａから吐き出された粒子は、噴出開口２１３Ａを挟んで上下に位置する捕集開口２１４Ａおよび２１５Ａから、気体とともに捕集される。ここで、流路２１４および流路２１５には、後述する粉体の加速部２２０によるエジェクタ効果によって負圧が生じている。このため、捕集開口２１４Ａおよび２１５Ａから粒子が気体とともに捕集される。

捕集開口２１４Ａは、流路２１４の流路断面に比べてＹ軸方向に拡がりを有する。また、捕集開口２１５Ａは、流路２１５の流路断面に比べてＹ軸方向に拡がりを有する。流路２１４および流路２１５は、それぞれ、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面における流路断面がＸ軸方向に延在されて幅が広く、Ｙ軸方向に幅が狭い扁平形状である。

上述したように、ドラム３３０の溝３３０Ａを満たす粒子の量は溝３３０Ａの延在方向（Ｘ軸方向）において均一であり、かつ、噴出開口２１３Ａから溝３３０Ａに対して噴出される気体の流量も溝３３０Ａの延在方向（Ｘ軸方向）に均一である。これにより、噴出開口２１３Ａを挟んで上下に位置する捕集開口２１４Ａおよび２１５Ａから気体とともに捕集される粒子の量は、流路２１４および流路２１５の延在方向（Ｘ軸方向）において均一になる。

捕集開口２１４Ａから気体とともに捕集された粒子は、粉体の加速部２２０へ向けて流路２１４をＺ軸プラス方向へ流動する。また、捕集開口２１５Ａから気体とともに捕集された粒子は、粉体の加速部２２０へ向けて流路２１５をＺ軸プラス方向へ流動する。流路２１４および流路２１５をそれぞれ流動した気体および粒子（以降、混合流体と呼ぶ）は、粉体の供給部２１０よりも下流側に位置する合流部２１６で合流し、粉体の加速部２２０に向かってＺ軸プラス方向へ流動する。
なお、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面における合流後の流路断面も、Ｘ軸方向に延在されて幅が広く、Ｙ軸方向に幅が狭い扁平形状である。本実施の形態では、合流部２１６において合流した後の混合流体における粒子の量も、流路断面の延在方向（Ｘ軸方向）において均一になる。

＜粉体の加速部＞
図７は、粉体の加速部２２０における流路を説明する斜視図である。粉体の加速部２２０は、粉体の供給部２１０からＺ軸プラス方向へ流動する混合流体２１０ｆを分流する分流部２２１と、加速用の気体（加速ガス）を導入する気体導入部２２３と、混合流体２１０ｆがＺ軸プラス方向へ流動する第１流路２２５と、分流、加速後の混合流体２２０ｆがＺ軸プラス方向へ流動する第２流路２２６とを含む。

第１流路２２５は、合流部２１６から粉体の加速部２２０までＺ軸プラス方向に延在する。Ｘ−Ｙ平面に平行な平面における第１流路２２５の流路断面は、Ｘ軸方向に延在されて幅が広く、Ｙ軸方向に幅が狭い扁平形状である。第１流路２２５の断面積は、Ｚ軸方向において一定に構成されている。

図８は、粉体の加速部２２０における混合流体２１０ｆの流れを説明する図である。分流部２２１には、複数の分流路２２２ｄが、混合流体２１０ｆが流動する方向（Ｚ軸プラス方向）と交差するＸ軸方向に沿って等間隔で配列される。本実施の形態においては、間隔Ｌ１ごとに配置された複数の凸部２２２の間に分流路２２２ｄが形成されている。凸部２２２はそれぞれ、壁部２２２ａおよび２２２ｂと、壁部２２２ａおよび２２２ｂを接続する接続壁部２２２ｃとを有する。

壁部２２２ａおよび２２２ｂと、接続壁部２２２ｃとは、第１流路２２５（図７）の一方の広壁面からＹ軸方向に突出して、対向する他方の広壁面に達する高さＷ１に立設されている。壁部２２２ａおよび２２２ｂはＺ軸プラス方向に延在し、接続壁部２２２ｃはＸ軸方向に沿って延在する。図８に示すように、Ｘ−Ｚ平面に平行な平面による凸部２２２の断面は、「コ」の字形状（「Ｕ」の字形状）を有している。上述したように、複数の凸部２２２のＸ軸方向の間隔、すなわち分流路２２２ｄの幅はＬ１である。
なお、凸部２２２同士の間隔Ｌ１（分流路２２２ｄの幅）や、凸部２２２の配置個数等は、シミュレーションや実験等の結果に基づいて適宜変更してよい。

粉体の供給部２１０から流動する混合流体２１０ｆは、等間隔で配列されている凸部２２２を避けて複数に分流され、上記間隔Ｌ１を幅とする複数の分流路２２２ｄを介して凸部２２２よりも下流（Ｚ軸プラス方向）へ流動する。このとき、凸部２２２を構成する接続壁部２２２ｃに混合流体２１０ｆが衝突することによって、混合流体内で粒子が分散される。
もともと、混合流体２１０ｆにおける粒子の量は流路断面の延在方向（Ｘ軸方向）において均一にされていることから、等間隔で配列された複数の分流路２２２ｄをそれぞれ流動する分流流体中の粒子の量は同等になる。

気体導入部２２３は、Ｘ軸方向に並べて離散的に配置された複数（図７の例では５つ）の流路によって構成される。気体導入部２２３の各流路には、不図示のチューブ等を介して加速ガス（例えば、キャリアガス）が導入される。複数の流路を有する気体導入部２２３より導入された加速ガスは、図８に例示した凸部２２２における壁部２２２ａ、２２２ｂおよび接続壁部２２２ｃで囲まれた領域に導入される。

凸部２２２において壁部２２２ａ、２２２ｂおよび接続壁部２２２ｃで囲まれた領域は、加速ガスの合流部となる。図８に示すように、気体導入部２２３より導入された加速ガスは、接続壁部２２２ｃが設けられていないＺ軸プラス方向へ噴出される。加速ガスを加速ガスの合流部に噴出させることにより、凸部２２２の近傍においてエジェクタ効果による負圧が発生する。

複数の分流路２２２ｄへ分流された分流流体（分散された粒子を含む）と、上記噴出させた加速ガスとは、複数の凸部２２２より下流側（Ｚ軸プラス方向）で合流し、第２流路２２６をＺ軸プラス方向へ流動する。上述したように、等間隔に配列された分流路２２２ｄへ分流された分流流体における粒子の量は同等であることから、これらの分流流体を合流した混合流体２２０ｆにおける粒子の量は、流路断面の延在方向（Ｘ軸方向）において均一性が保たれる。

第２流路２２６は、粉体の加速部２２０からノズル先端２０Ａ（図２）のノズル開口までＺ軸プラス方向に延在する。Ｘ−Ｙ平面に平行な平面における第２流路２２６の流路断面は、Ｘ軸方向に幅が広く、Ｙ軸方向に幅が狭い扁平形状である。本実施の形態では、第２流路２２６の流路断面のＸ軸方向の長さは、粉体の加速部２２０からノズル先端２０Ａ（図２）のノズル開口まで一定である。

同様に、第２流路２２６の流路断面のＹ軸方向の長さは、粉体の加速部２２０からノズル先端２０Ａ（図２）のノズル開口まで一定である。ここで、ノズル先端２０Ａのノズル開口におけるＸ軸方向の長さとＹ軸方向の長さの比、すなわちノズル開口のアスペクト比は、例えば０．００１〜０．１程度である（アスペクト比０．０１±０．００５を、典型例のひとつとして例示する）。

第２流路２２６を流動する混合流体２２０ｆは、主として加速ガスのエジェクタ効果による負圧によって吸引され、第２流路２２６のＺ軸プラス方向に加速される。すなわち、気体導入部２２３から所定圧力で加速ガスが供給されると、加速ガスは、複数の分流路２２２ｄを介して流動する分流流体（分散された粒子を含む）を吸引して混合する。こうして第２流路２２６をＺ軸プラス方向に流動する混合流体２２０ｆは、ノズル先端２０Ａのノズル開口から電極基材Ｗ（図１）に向けて噴射される。

噴射される粉体の粒子の速度は、主として加速ガスの種類および圧力により設定される。ノズル先端２０Ａのノズル開口から噴射された混合流体２２０ｆに含まれる粒子は、ノズル先端２０ＡからＺ軸プラス方向へ０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度の距離に配置された電極基材Ｗの被付着面に衝突して付着する。

以上説明したように、噴射用ノズル２０Ｂは、流路断面の延在方向（Ｘ軸方向）において混合流体２２０ｆに含まれる粒子の量の均一性が保たれるように構成した。これにより、電極基材Ｗに付着する粒子を、Ｘ軸方向（本実施の形態において成膜幅方向に相当する）において均一にすることができる。

＜フローチャートの説明＞
上述した成膜装置１で行われる電極材料の製造処理の流れについて、図９に例示するフローチャートを参照して説明する。図９のステップＳ１００において、ノズルユニット２０の粉体の搬送部（ドラム３３０、円筒ジャケット３３１）は、定量の粒子を粉体の供給部２１０に対応する位置へ搬送する。

ステップＳ１１０において、ノズルユニット２０の粉体の供給部２１０は、定量の粒子を粉体の搬送部（ドラム３３０、円筒ジャケット３３１）からノズルユニット２０内に取り込む。

ステップＳ１２０において、ノズルユニット２０は、キャリアガスと粒子の混合流体を電極基材Ｗに向けて噴射して図９による処理を終了する。

＜リチウムイオン二次電池＞
上述したように電極基材Ｗに負極活物質を成膜させた電極材料を、電池の形態（例えば円筒形型、角型、セル型、ラミネート型等）に合わせた形状寸法に打ち抜くことによって、二次電池の負極が形成される。図１０は、上述したように負極活物質の膜が形成された電極材料を用いたリチウムイオン二次電池５００の一例を示す図である。

図１０において、アルミ箔にコバルト酸リチウム等のリチウム遷移金属酸化物を正極活物質として付着形成した公知の正極５０１と、上記負極５０２とをセパレータ５０３を挟んで対峙させ、公知の溶媒中に公知の電解液（非水電解質）とともに封入することによって、リチウムイオン二次電池５００が構成される。

公知の溶媒とは、例えばプロピレンカーボネートやエチレンカーボネートである。また、公知の電解液とは、例えばＬｉＣｌＯ_４やＬｉＰＦ_６である。このようなリチウムイオン二次電池５００は、高い電気容量が得られ、長期間安定的に保持可能である。

なお、成膜装置１を用いてリチウムイオン二次電池の負極を製造することの他に、リチウムイオン二次電池の正極を製造するようにしてもよい。この場合、正極用の電極基材Ｗとしては、例えばアルミニウムや導電性樹脂等の導電性を有する基材が用いられる。

上記実施の形態における噴射用ノズル２０Ｂについて、各部の寸法の一例を次に示す。
ノズル先端２０Ａのノズル開口の長辺（Ｘ軸方向）の長さ：６０ｍｍ
ノズル先端２０Ａのノズル開口の短辺（Ｙ軸方向）の長さ：０．６ｍｍ
凸部２２２のＺ軸方向の長さ：２．５ｍｍ
凸部２２２のＸ軸方向の間隔Ｌ１：０．６ｍｍ
噴射用ノズル２０ＢのＺ軸方向の長さ（粉体の供給部２１０からノズル先端２０Ａまで）：２００ｍｍ

なお、実施例において、気体導入部２２３は、Ｘ軸方向に並べて離散的に配置された複数（図７の例では５つ）の流路によって構成される。
また、Ｘ−Ｙ平面と平行な平面による第１流路２２５、第２流路２２６の流路断面は、それぞれＺ軸方向の位置によらず同一の断面積を有する。

図１１は、ノズル先端２０Ａのノズル開口から粒子を電極基材（銅箔）に噴射させた際の、成膜幅方向（Ｘ軸方向）の位置（横軸）と、膜の膜厚（縦軸）との関係を例示する図である。このときの成膜条件は次の通りである。
粒子：Ｃｕ−Ｓｉ複合粒子
粒子の平均粒径：１０ μｍ
噴出用気体の種類：窒素(Ｎ_２)
噴出用気体の流量：２０ ｌ／ｍｉｎ
第２流路２２６の先端の速度：２８０ ｍ／ｓｅｃ
第２流路２２６内の圧力：０．３ ＭＰａ
加速ガス（加速用気体）の種類：窒素(Ｎ_２)
加速ガスの供給量：２６０ ｌ／ｍｉｎ
気体導入部２２３における加速ガスの圧力：０．５ ＭＰａ
電極基材Ｗの温度：１５０ ℃
ノズル先端２０Ａに対する電極基材Ｗの移動速度：１ ｍｍ／ｓｅｃ
なお、上記の加速ガスの供給量は、気体導入部２２３を構成する複数の流路から導入される合計量である。

図１１に示すように、電極基材ＷのＸ軸方向（成膜幅方向）に沿った広い範囲で実質的に一様な膜厚を形成していることを確認した。つまり、実施例に示すように噴射用ノズル２０Ｂの流路を設定することにより、粉体の粒子がＸ軸方向（成膜幅方向）に沿って実質的に均一に拡散され、ノズル開口から噴射されていることがわかる。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）ノズルユニット２０の噴射用ノズル２０Ｂの粉体供給機構は、ドラム３３０の外周面の溝３３０Ａに収容されている粉体に向けて気体を噴出開口２１３Ａから噴出する流路２１３と、複数の捕集開口２１４Ａ、２１５Ａを有し、噴出された気体によって溝３３０Ａから吐き出された粉体を捕集開口２１４Ａ、２１５Ａからそれぞれ捕集する流路２１４および２１５とを備え、流路２１３の噴出開口２１３Ａは溝３３０Ａに対向して配置され、流路２１３の噴出開口２１３Ａと、流路２１４および２１５の捕集開口２１４Ａ、２１５Ａとが並んで配置される。これにより、溝３３０Ａに収容されている粉体を、複数の捕集開口２１４Ａ、２１５Ａから効率よく捕集して噴射用ノズル２０Ｂへ取り込むことができる。噴出開口２１３Ａと並んで配置した捕集開口２１４Ａ、２１５Ａから捕集することで、噴出開口２１３Ａから離れた位置に捕集開口２１４Ａ、２１５Ａを設ける場合に比べて、溝３３０Ａから吐き出された粉体を素早く捕集できる。また、複数の捕集開口２１４Ａ、２１５Ａから捕集することで、１つの捕集開口から捕集する場合に比べて、溝３３０Ａから吐き出された粉体を素早く捕集できる。

（２）流路２１４および２１５の捕集開口２１４Ａ、２１５Ａを、流路２１３の噴出開口２１３Ａの両側に配置したことにより、図６に示すように噴出開口の両側から粉体を捕集するため、噴出された粉体を効率よく捕集することができる。

（３）流路２１３の噴出開口２１３Ａは、溝３３０Ａが延在するＸ軸方向に沿って延設され、流路２１４および２１５の捕集開口２１４Ａ、２１５Ａは、それぞれ流路２１３の噴出開口２１３Ａが延設されるＸ軸方向に沿って延設される。これにより、Ｘ軸方向に延在している溝３３０Ａに収容された粉体を、効率よく捕集することができる。

（４）流路２１３は、溝３３０Ａが延在するＸ軸方向に一様な流量の気体を噴出開口２１３Ａから噴出させる気体一様化構造（ポーラス部２１２）を有するので、Ｘ軸方向に延在している溝３３０Ａに収容された粉体を、Ｘ軸方向において均一に吐き出させることができる。

（５）流路２１３の気体一様化構造は、噴出する気体の圧力を噴出開口２１３Ａが延設されるＸ軸方向に沿って均すポーラス部２１２であるので、Ｘ軸方向に延在している溝３３０Ａに収容されている粉体を、Ｘ軸方向において均一に吐き出させることができる。

（６）成膜装置１の噴射用ノズル２０Ｂは、上記粉体供給機構と、上記粉体供給機構によって捕集された粉体を、加速用の気体とともに噴射するノズル開口（ノズル先端２０Ａ）とを備える。これにより、上記粉体供給機構によって、Ｘ軸方向に延在している溝３３０Ａから効率よく捕集した粉体を、電極基材Ｗに向けて適切に噴射することができる。成膜幅を広くとれる（すなわち、Ｘ軸方向に広い範囲に噴射できる）ので、成膜幅が狭い場合に比べて、成膜処理の効率を高めることができる。

（７）成膜装置１を使用した成膜方法は、上記の粉体噴射ノズルによって活物質粒子を電極基材Ｗに噴射する工程を含み、電極基材Ｗに活物質の膜を成膜させる。成膜幅を広くとれる（すなわち、Ｘ軸方向に広い範囲に噴射できる）ので、成膜幅が狭い場合に比べて、成膜処理の効率を高めることができる。

（８）成膜装置１を使用して電極部材を製造することができる。電極部材の製造方法は、上記成膜方法によって電極基材Ｗに活物質の膜を成膜させる工程を含むので、成膜幅を広くとれる（すなわち、Ｘ軸方向に広い範囲に噴射できる）。その結果、成膜幅が狭い粉体噴射ノズルで成膜する場合に比べて、成膜処理の効率を高めることができる。

（９）成膜装置１を使用して製造された電極部材を用いて二次電池を製造することができる。二次電池の製造方法は、上記電極部材の製造方法によって製造された電極部材を電極として用いることにより二次電池を製造する工程を含むので、成膜幅を広くとれる（すなわち、Ｘ軸方向に広い範囲に噴射できる）。その結果、成膜幅が狭い粉体噴射ノズルで成膜する電極部材に比べて、電極基材Ｗへの成膜処理の効率を高めることができる。

（１０）成膜装置１は、噴射用ノズル２０Ｂと、噴射用ノズル２０Ｂによって活物質粒子を電極基材Ｗに噴射させ、電極基材Ｗに活物質の膜を成膜させる成膜制御を行う制御ユニット６０とを備える。成膜幅を広くとれる（すなわち、Ｘ軸方向に広い範囲に噴射できる）ので、幅の狭い噴射用ノズルによる成膜制御に比べて、成膜処理の効率を高めることができる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施の形態と組み合わせることも可能である。
すなわち、噴射用ノズル２０Ｂは、開口の長辺（Ｘ軸方向）の長さを長くする場合への適用が容易である。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。例えば、砥粒加工の1種であるAbrasive Jet machining、サンドブラストによる表面処理法、コールドスプレイ法による成膜などの粉体を噴射する分野にも使用することができる。

１…成膜装置、１０…成膜チャンバー、１１…集塵チャンバー、２０…ノズルユニット、
２０Ａ…ノズル先端、２０Ｂ…噴射用ノズル、６０…制御ユニット、
２１０…粉体の供給部、２１１（２１１Ａ〜２１１Ｃ）…気体導入部、
２１１Ｇ…空間、２１２…ポーラス部、２１３、２１４、２１５…流路、
２１６…合流部、２１３Ａ…噴出開口、２１４Ａ、２１５Ａ…捕集開口、
２２０…粉体の加速部、２２５…第１流路、２２６…第２流路、３００…粉体受け部、
３１０…回転かご、３３０…ドラム、３３０Ａ…溝、３３１…円筒ジャケット、
５００…リチウムイオン二次電池、５０１…正極、５０２…負極、Ｗ…電極基材

Claims (11)

1. 粉体を収容するための複数の溝部が、回転可能な円筒形状部材の外周面の母線方向に平行に延設された粉体収容部と、
   前記粉体収容部の前記溝部に収容されている粉体に向けて気体を噴出するための噴出開口が、複数の前記溝部のうちの一つの溝部と対向するように前記母線方向に沿って延設された気体噴出部と、
   前記気体噴出部の前記噴出開口から噴出された気体によって前記溝部から吐き出された前記粉体を捕集する捕集開口が、前記母線方向に沿って前記噴出開口と並べて延設された粉体捕集部と、
   を備える粉体供給機構。
2. 請求項１に記載の粉体供給機構において、
   前記粉体捕集部の前記捕集開口は、前記気体噴出部の前記噴出開口の両側に延設される粉体供給機構。
3. 請求項１または２に記載の粉体供給機構において、
   前記粉体収容部の複数の前記溝部は、前記粉体収容部の回転に伴って前記気体噴出部の前記噴出開口と対向する位置へ順次移動する粉体供給機構。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の粉体供給機構において、
   前記粉体収容部の複数の前記溝部は、互いの幅および深さが等しく、かつ、前記溝部が延設される方向において幅および深さが一様である粉体供給機構。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の粉体供給機構において、
   前記気体噴出部は、前記噴出開口から噴出する気体を整流する気体整流部を有する粉体供給機構。
6. 請求項５に記載の粉体供給機構において、
   前記気体噴出部の前記気体整流部は、前記噴出開口から噴出する気体の圧力を前記噴出開口が延設される方向に沿って均すように整流する、粉体供給機構。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の粉体供給機構と、
   前記粉体供給機構によって捕集された前記粉体を、加速用の気体とともに噴射する粉体噴射部と、を備える粉体噴射ノズル。
8. 請求項７に記載の粉体噴射ノズルによって活物質粒子を基材に噴射し、前記基材に活物質の膜を成膜させる成膜方法。
9. 請求項８に記載の成膜方法によって基材に前記活物質の膜を成膜させる電極部材の製造方法。
10. 請求項９に記載の電極部材の製造方法によって製造された電極部材を電極とする二次電池の製造方法。
11. 請求項７に記載の粉体噴射ノズルと、
    前記粉体噴射ノズルによって活物質粒子を基材に噴射させ、前記基材に活物質の膜を成膜させる成膜制御を行う制御部と、を備える成膜装置。

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