JP6825440B2 - 電極の製造方法及び電極の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は，金属箔に活物質を含む材料である活物質材料を転写することにより，金属箔と活物質材料の層とが積層された電極を製造する製造方法及びその製造装置に関する。

従来から，例えば，リチウムイオン二次電池には，金属箔の表面に活物質層が形成されたシート状の電極が用いられている。シート状の電極の製造方法を開示した文献としては，例えば，特許文献１がある。特許文献１には，活物質粒子と，バインダと，溶媒とを含む湿潤状態の造粒体を平面状またはブロック状に成形し，得られた成形体と金属箔とをそれぞれロールにて搬送し，両ロールの間で成形体を金属箔に転写する製造方法が開示されている。

特開２０１５−２０１３１８号公報

しかしながら，前記した従来の技術には，次のような問題があった。すなわち，活物質材料を金属箔に転写する際には，活物質を搬送するロールの表面と金属箔を搬送するロールの表面との間のギャップにて活物質材料が圧縮され，加工熱が発生する。そのため，長期に亘って連続して製造を続けると，発生した加工熱がロールに蓄積して，ロールが膨張しがちである。少なくとも一方のロールが膨張すると，ギャップの距離が小さくなるため，製造される電極の活物質層の層厚が小さくなりがちであった。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，電極の製造を長時間連続して行った場合でも，活物質層の層厚を適切な範囲内とすることが期待できる電極の製造方法を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の一態様における電極の製造方法は，活物質を含む材料である活物質材料を搬送する第１ロールと，前記第１ロールに隣接して平行に配置され，箔を搬送する第２ロールと，を用い，前記第１ロールと前記第２ロールとを互いに逆方向に回転させ，前記活物質材料を前記箔に転写することによって，前記箔の表面に前記活物質材料の層を形成する電極の製造方法であって，前記箔の搬送方向について前記第２ロールより上流側にて，冷却装置を用いて前記箔を冷却する冷却工程を含むものである。

上述の一態様における電極の製造方法によれば，箔は，第１ロールと第２ロールとの間へ到達する前に冷却装置にて冷却される。冷却された箔に活物質材料を転写することで，転写工程にて発生する加工熱は，その多くの部分が箔の昇温に消費される可能性が高い。そのため，第１ロールと第２ロールとのいずれにおいても熱の蓄積は抑制され，ロールの膨張は抑制されている。従って，電極の製造を長時間連続して行った場合でも，活物質層の層厚を適切な範囲内とすることが期待できる。

さらに，前記冷却装置は，冷却ロールを備え，前記冷却工程では，前記冷却ロールの外周面を製造環境の空気温度よりも低温に維持しつつ，前記冷却ロールに前記箔を接触させることにより，前記箔を冷却することが望ましい。低温の冷却ロールに接触させることで，箔を均一に冷却できる可能性が高い。

さらに，前記冷却装置は，前記冷却ロールに冷媒を供給する冷媒供給部を備え，前記冷却工程では，前記冷媒供給部にて，前記冷却ロールに，製造環境の空気温度よりも低温の冷媒を流通させることが望ましい。冷媒供給部にて冷媒を供給することで，冷却ロールの表面温度を適切に維持することが期待できる。

さらに，前記冷却工程では，冷却後の前記箔の温度が，製造環境の空気温度よりも低く，かつ，製造環境の露点温度より高い温度となるように，前記箔を冷却することが望ましい。製造環境の空気温度よりも低くすることで冷却効果が高まる。また，露点温度より高くすることで，箔への水滴の付着を抑制できる。

さらに，前記冷却装置は，製造環境の空気温度と相対湿度とに応じて異なる信号を出力するセンサを備え，前記冷却工程では，センサの出力信号に基づいて製造環境の空気温度と相対湿度とを取得し，取得された前記空気温度と前記相対湿度とから露点温度を取得し，さらに，冷却後の前記箔の温度が，取得された前記空気温度よりも低く，かつ，取得された前記露点温度より高い温度となるように，前記冷却装置での前記箔を冷却する温度を決定するとよい。製造環境の情報を取得して，取得した情報に基づいて箔を冷却する温度を自動的に決定すれば，製造工程を自動化できる可能性が高まる。

さらに，前記第１ロールの外周面の温度が冷却後の前記箔の温度より所定温度以上高い温度となるように，前記第１ロールを加温する加温工程を含むとよい。第１ロールの外周面が箔よりも所定温度以上高温となっていることで，発生した加工熱の多くは箔へ移動する。従って，第１ロールへの熱の蓄積はさらに抑制される。

さらに，本明細書には，活物質を含む材料である活物質材料を箔に転写することによって，前記箔の表面に前記活物質材料の層を形成する電極の製造装置であって，前記活物質材料を搬送する第１ロールと，前記第１ロールに隣接して平行に配置され，前記箔を搬送する第２ロールと，前記箔の搬送方向について前記第２ロールより上流側にて前記箔に接触する位置に配置され，内部に冷媒が通過する流路が形成された冷却ロールと，を有する電極の製造装置が開示されている。

さらに，電極の製造装置は，前記冷却ロールに前記冷媒を供給する冷媒供給部を備えることが望ましい。また，前記冷却ロールを複数備えることが望ましい。このようなものであれば，冷却ロールにて，箔を適切な温度まで確実に冷却できる可能性が高い。

さらに，電極の製造装置は，前記第１ロールを加温する加温部を備えることが望ましい。第１ロールを加温することで，発生した加工熱の多くは，さらに確実に箔へ移動する。

本発明によれば，電極の製造を長時間連続して行った場合でも，活物質層の層厚を適切な範囲内とすることが期待できる電極の製造方法が実現される。

第１の形態の製造装置を示す概略構成図である。 二次電池の例を示す概略断面図である。 製造装置の電気的構成を示すブロック図である。 露点温度表の例を示す説明図である。 製造装置による製造方法を示す工程図である。 電極の製造実験を行った製造装置を示す概略構成図である。 電極の製造実験の結果を示すグラフである。 第２の形態の製造装置を示す概略構成図である。 第２の形態の製造装置の電気的構成を示すブロック図である。 第２の形態の製造装置による製造方法を示す工程図である。 電極の製造実験の結果を示すグラフである。

以下，本発明を具体化した第１の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，帯状の電極を製造する工程にて用いられる製造装置に，本発明を適用したものである。

本形態の製造装置１００の概略構成を，図１に示す。本形態の製造装置１００は，例えば，リチウムイオン二次電池に用いられる帯状の電極を製造するための装置である。製造装置１００は，複数のロールを使用して，活物質を含む活物質材料である造粒体１０を金属箔１１に転写することにより，金属箔１１上に活物質の層を形成した積層シート状の電極１２を製造する装置である。

本形態の製造装置１００にて製造された電極１２は，例えば，図２に示すような，略直方体形状で密閉型のリチウムイオン二次電池２００に使用される。このリチウムイオン二次電池２００は，金属製の電池ケース１１０に捲回型の電極体１５０と電解液とが封入されたものである。

電極体１５０は，帯状の正極の電極と帯状の負極の電極とが，間に帯状のセパレータを挟んで扁平形状に捲回された捲回体である。正極用の電極は，例えば，アルミ箔に正極活物質を含む活物質層を形成したものである。正極の活物質層としては，リチウムイオンを吸蔵・放出可能な活物質を含み，例えば，リチウム含有金属酸化物に結着剤と分散溶媒等を混練したものが好適である。負極用の電極は，例えば，銅箔に負極活物質を含む活物質層を形成したものである。負極の活物質層としては，黒鉛等の炭素系材料が好適である。

リチウムイオン二次電池２００は，図２中で電池ケース１１０の上方に，正極端子１２０と負極端子１３０とを有している。正極端子１２０と負極端子１３０とは，電池ケース１１０の内部で電極体１５０の正負の電極にそれぞれ接続されている。

図１の説明に戻り，本形態の製造装置１００は，Ａロール１と，Ｂロール２と，Ｃロール３と，供給部４と，冷却部５と，を備える。Ｂロール２は，第１ロールの一例であり，Ｃロール３は，第２ロールの一例である。冷却部５は，冷却装置の一例である。

Ａロール１とＢロール２とＣロール３とは，いずれも，回転軸が略水平となるように，互いに向き合って平行に配置されている。図１の例では，Ａロール１とＢロール２とは，ほぼ水平に並んで配置され，Ｃロール３は，Ｂロール２の下方に配置されている。ただし，各ロールの配置は，この図の例に限らない。例えば，３つのロール１，２，３が全て水平に並んで配置されていてもよい。

各ロールの径は，Ａロール１が３つのうちで最も小さく，Ｃロール３が３つのうちで最も大きい。また，Ａロール１とＢロール２とは，外面同士の最近接箇所で，例えば，６０〜１００μｍの隙間を空けて隣接している。また，Ｂロール２とＣロール３とは，外面同士の最近接箇所で，例えば，１０〜２０μｍの隙間を空けて隣接している。Ａロール１とＣロール３とは，隣接していない。以下では，Ａロール１とＢロール２との間の隙間を供給ギャップＧ１，Ｂロール２とＣロール３との間の隙間を成膜ギャップＧ２という。

そして，Ａロール１とＢロール２とＣロール３とは，それぞれを回転駆動するモータに接続されており，電極の製造時には所定の回転速度で回転される。なお，モータは，各ロールで共通であっても個別であってもよい。各ロールの回転方向は，２つのロールの隣接する位置である供給ギャップＧ１や成膜ギャップＧ２にて，ギャップを形成する２つのロールが互いに同じ向きへ移動するように定められている。つまり，Ａロール１とＣロール３とは同じ回転方向に回転され，Ｂロール２は，Ａロール１やＣロール３とは逆の回転方向に回転される。

具体的に，図１に示した例では，供給ギャップＧ１では，Ａロール１とＢロール２との外周面がいずれも図１中で下向きに移動し，成膜ギャップＧ２では，Ｂロール２とＣロール３との外周面がいずれも図１中で右向きに移動する。なお，製造時の各ロールの周速は，Ａロール１の周速が３つのうちで最も遅く，Ｃロール３の周速が３つのうちで最も速い。各ロールの径や周速は，成膜ギャップＧ２にて適切に転写できる範囲で選択されればよい。

供給部４は，Ａロール１とＢロール２との間に造粒体１０を供給する。製造装置１００によって電極を製造する際には，図１に示すように，供給部４から供給ギャップＧ１へ造粒体１０が供給される。供給部４から供給された造粒体１０は，供給ギャップＧ１にて，Ａロール１とＢロール２にて挟まれ，膜状に成形される。そして，膜状となった造粒体１０は，Ｂロール２の外周面に付着して成膜ギャップＧ２へ搬送される。

造粒体１０は，電極活物質とバインダとを含む粉体に少量の水等の溶媒を加えて湿潤状態とし，攪拌することで略球形に造粒したものである。粉体にはさらに増粘剤が含まれてもよい。また，造粒体１０としては，例えば，ふるい等によって，粒の大きさをある程度揃えたものを使用してもよい。造粒体１０は従来のペースト状とした材料に比較して水分含有量が少ないため，造粒体１０を使用することで乾燥に要する時間が短縮される。

製造装置１００を用いて電極を製造する際には，図１に示すように，Ｃロール３によって，成膜ギャップＧ２に金属箔１１が供給される。金属箔１１は，例えば，厚さ１０〜２０μｍの帯状の金属製の薄膜であり，正極の電極を製造する際にはアルミ箔，負極の電極を製造する際には銅箔が用いられる。金属箔１１は，図示しない供給ロール等から巻き出され，Ｃロール３の外周面にて成膜ギャップＧ２へ搬送される。

そして，成膜ギャップＧ２では，Ｂロール２の外周面に付着する造粒体１０とＣロール３の外周面にて搬送される金属箔１１とが対向する。成膜ギャップＧ２の最も狭い箇所の大きさは，Ｂロール２上の造粒体１０の厚さと金属箔１１の厚さとを合わせた厚さよりも小さい。そのため，成膜ギャップＧ２にて，造粒体１０と金属箔１１とが圧接される。さらに，Ｃロール３の周速の方がＢロール２の周速よりも速いので，造粒体１０が金属箔１１に転写されて積層状態の電極１２となる。製造された電極１２は，Ｃロール３から図１中で右向きに搬送され，図外の乾燥炉等にて乾燥される。

冷却部５は，図１に示すように，例えば，３個の冷却ロール５１，５２，５３を組合せて備え，各冷却ロール５１，５２，５３の外面に接触する金属箔１１を冷却する。各冷却ロール５１〜５３は，それぞれ内部に冷却水の流路が形成されている金属製のロールである。冷却ロール５１〜５３は，内部を流れる冷却水によって表面が冷却されており，表面に巻き付けられた金属箔１１を冷却する。冷却部５は，金属箔１１の搬送路中であって，金属箔１１の搬送方向についてＣロール３より上流側の位置に配置されている。金属箔１１は，冷却部５にて所定の範囲内の温度まで冷却された後，成膜ギャップＧ２よりも上流側で，Ｃロール３に巻き付けられる。

図１に示すように，冷却ロール５１〜５３は，互いに平行で，互いに等間隔に配置されている。冷却ロール５１〜５３の軸方向の長さは，金属箔１１の搬送方向に直交する方向の長さより大きいことが望ましい。また，冷却ロール５１〜５３の外径は，金属箔１１を巻き付けることができる程度に大きいことが望ましく，例えば，５０ｍｍ以上でＣロール３の外径以下のものが適している。各冷却ロール５１〜５３への金属箔１１の巻き付け角は，例えば，９０度〜２７０度が適している。巻き付け角は，冷却ロール５１〜５３の外周のうち，金属箔１１と接触する範囲のなす角度である。巻き付け角が小さすぎると冷却性が小さくなり，巻き付け角が大きすぎると搬送の制御が困難となる。

また，本形態の冷却部５は，冷却ロール５１〜５３の前後に補助ロール５４，５５を備える。補助ロール５４，５５は，金属箔１１と冷却ロール５１〜５３との巻き付け角を確保するとともに，金属箔１１が適切なテンションでＣロール３に巻き付けられるように，金属箔１１の搬送経路を整えるためのものである。なお，冷却ロール５１〜５３と補助ロール５４，５５は，いずれも回転自在に取り付けられ，金属箔１１の移動に伴って回転する。

そして，本形態の製造装置１００は，冷却部５の冷却ロール５１〜５３に冷却水を循環させるポンプ機能と，供給する冷却水の温度を維持する熱交換機能と，を有するチラー６を備えている。チラー６は，冷媒供給部の一例である。チラー６は，各冷却ロール５１〜５３を通過した冷却水と内部に備える冷却冷媒とで熱交換を行い，設定温度に維持された冷却水を冷却ロール５１〜５３へ送出する。冷却後の金属箔１１の温度は，冷却前の金属箔１１の温度と，冷却ロール５１〜５３と金属箔１１との接触面積と，チラー６の設定温度と，によって異なる。設定温度は，冷却後の金属箔１１の温度を所定の範囲内とするための温度である。設定温度の詳細については後述する。

なお，各冷却ロール５１〜５３の冷却水の流路は，例えば，各冷却ロールの軸方向に平行な直線状の流路であってもよいし，冷却ロールの軸方向を中心とする螺旋状の流路であってもよい。また，流路は，複数設けられていてもよいし，単数でもよい。さらに，冷却ロール５１〜５３は，全て同種のロールであってもよいし，異なる種類のものを含んでもよい。また，冷却水に代えて，その他の液体または気体の冷媒を使用するものであってもよい。

本形態の製造装置１００では，金属箔１１は，Ｃロール３よりも搬送方向の上流側，すなわち，Ｃロール３へ供給される前に，冷却部５にて冷却される。そして，冷却された状態の金属箔１１が，成膜ギャップＧ２へ到達する。成膜ギャップＧ２では，造粒体１０と金属箔１１とが圧縮され，例えば，造粒体１０中の粒体同士の摩擦によって，熱が発生する。金属箔１１は冷却されているので，金属箔１１の温度はＢロール２の表面温度よりも低く，発生した熱は，成膜ギャップＧ２で金属箔１１に主に伝達される。そのため，Ｂロール２やＣロール３が昇温する可能性は小さい。つまり，長尺の金属箔１１を使用して，連続して電極を製造した場合でも，Ｂロール２やＣロール３に熱が蓄積される可能性は低く，Ｂロール２やＣロール３の径の増大は抑制されている。従って，成膜ギャップＧ２の大きさが小さくなる可能性は小さいので，製造された電極１２の活物質層の層厚を適正な範囲内に維持できる可能性が高まる。

本形態では，冷却部５を追加して設けて金属箔１１を冷却するので，Ｂロール２やＣロール３を加工する必要はない。Ｂロール２やＣロール３は，高精度な表面処理を施したロールであり，例えば，Ｂロール２やＣロール３に冷却水の流路を設ける等の直接冷却するための加工は容易ではない。本形態によれば，Ｂロール２やＣロール３の精度を維持したまま，Ｂロール２やＣロール３への熱の蓄積を抑制できる。

続いて，製造装置１００におけるチラー６の設定温度の制御について説明する。本形態の製造装置１００は，チラー６の設定温度の制御により，各冷却ロール５１〜５３の流路に流通される冷却水の温度を制御し，これにより冷却部５を通過した後の金属箔１１の温度を調整する。製造装置１００におけるチラー６の設定温度の制御のための電気的構成の例を，図３のブロック図に示す。

図３に示すように，製造装置１００は，コントローラ７を備える。コントローラ７にはＣＰＵ７１と，記憶部７２とが含まれる。さらに，製造環境の空気温度と相対湿度とを取得するための温湿度センサ９と，冷却後の金属箔１１の温度を取得するための温度センサ８と，チラー６とが，コントローラ７に電気的に接続されている。

温湿度センサ９は，例えば，温湿度計であり，金属箔１１の巻きだしロールの近傍における空気温度と相対湿度とに応じて異なる信号を出力する。温度センサ８は，金属箔１１の搬送方向について，冷却部５より下流側であって，Ｃロール３より上流側の位置における，金属箔１１の温度に応じて異なる信号を出力する。温度センサ８は，例えば，サーミスタであり，非接触タイプであることが望ましい。

コントローラ７の記憶部７２には，例えば，図４に示すように，製造環境の空気温度と相対湿度とに対応する露点温度を示す露点温度表７３が記憶されている。なお，図４に例示した露点温度表７３は，一部分であり，より広い温度や湿度の範囲に亘って，より細かく分けた表を記憶することが望ましい。

そして，ＣＰＵ７１は，温湿度センサ９の出力信号と温度センサ８の出力信号とに基づいて，露点温度表７３を参照し，冷却後の金属箔１１の温度が所定の範囲内となるように，チラー６の設定温度を制御する。具体的に，ＣＰＵ７１は，冷却後の金属箔１１の温度が露点温度より高く製造環境の空気温度より低い範囲内でできるだけ低い温度となるように，チラー６の設定温度を制御する。

そのために，ＣＰＵ７１は，温湿度センサ９の出力信号に基づいて，製造環境の空気温度と相対湿度とを取得する。そして，ＣＰＵ７１は，露点温度表７３を参照して，取得した空気温度と相対湿度とに対応する露点温度を取得する。そして，チラー６の設定温度を，取得した露点温度に所定の余裕幅を加えた温度とする。余裕幅は，０より大きい値であり，固定値でもよいし，空気温度に応じて異なる可変値でもよい。

冷却後の金属箔１１の温度が製造環境の空気温度以上であると，成膜ギャップＧ２における伝熱効果が小さくなる。本形態では，冷却後の金属箔１１の温度が製造環境の空気温度より低くなるように，ＣＰＵ７１がチラー６の設定温度を設定するので，成膜ギャップＧ２における伝熱効果が大きい。また，金属箔１１が露点温度以下となると，金属箔１１に水滴が付着する可能性があり，成膜ギャップＧ２での転写性が低下する可能性がある。また，金属箔１１からＣロール３に水滴が付着した場合には，Ｃロール３または周辺の駆動部等への錆の発生を招く虞がある。本形態では，金属箔１１を露点温度以下とならないように，ＣＰＵ７１がチラー６の設定温度を設定するので，金属箔１１への水滴の付着は抑制されている。

続いて，本形態の製造装置１００を用いて電極を製造する製造方法について説明する。本形態の製造方法は，図５に示すように，以下の（Ａ）〜（Ｆ）の各工程を含んでいる。
（Ａ）造粒体１０と金属箔１１とを準備する準備工程
（Ｂ）環境の空気温度及び相対湿度を取得する環境条件取得工程
（Ｃ）空気温度及び相対湿度に基づいて露点温度を取得する露点温度取得工程
（Ｄ）露点温度に基づいてチラー６の設定温度を決定する冷却温度決定工程
（Ｅ）チラー６を駆動して冷却ロール５１〜５３に冷却水を供給する冷却工程
（Ｆ）金属箔１１に造粒体１０を転写させる転写工程

（Ａ）準備工程では，造粒体１０と金属箔１１とを準備する。そして，図１に示したように，冷却ロール５１〜５３の表面に接触するように金属箔１１を巻き付ける。図１では，２つの補助ロール５４，５５を使用して，金属箔１１の搬送方向について冷却ロール５１〜５３に接触する長さを大きくしている。

（Ｂ）環境条件取得工程では，ＣＰＵ７１は，温湿度センサ９の出力信号に基づいて，製造環境の空気温度と相対湿度とを取得する。

（Ｃ）露点温度取得工程では，ＣＰＵ７１は，記憶部７２に記憶されている露点温度表７３を参照し，（Ｂ）にて取得した空気温度と相対湿度とに基づいて，露点温度を取得する。なお，（Ｂ）と（Ｃ）とは，（Ａ）より先に行ってもよい。また，（Ｂ）と（Ｃ）は，一連の製造工程の開始前に１度行うとしてもよいし，例えば所定の時間毎に繰り返して行うとしてもよい。

（Ｄ）冷却温度決定工程では，チラー６の設定温度を，（Ｃ）で取得した露点温度に余裕幅を加えた温度に決定する。本形態では，例えば，設定温度を露点温度＋０．５℃とする。余裕幅を設けることで，チラー６の温度制御性能の範囲内で最低の温度となっても，冷却後の金属箔１１の温度が露点温度以下とならないように，各冷却ロール５１〜５３を冷却できる。

（Ｅ）冷却工程では，チラー６を駆動して冷却ロール５１〜５３に冷却水を供給し，冷却ロール５１〜５３の表面及び，巻き付けられている金属箔１１を冷却する。なお，冷却を開始するタイミングは，（Ｆ）の転写工程の開始前でもよいし，転写工程の開始と同時でもよいし，転写工程の開始から所定の時間が経過した後でもよい。あるいは，例えば，転写工程の開始後，Ｂロール２の温度またはＣロール３の温度が所定の限界温度に達した後としてもよい。

（Ｆ）転写工程では，Ａロール１とＢロール２とＣロール３とをそれぞれ所定の回転速度で回転駆動するとともに，供給部４から供給ギャップＧ１へ造粒体１０を供給する。供給ギャップＧ１に供給された造粒体１０は，Ｂロール２にて成膜ギャップＧ２へ搬送され，成膜ギャップＧ２で金属箔１１に転写される。これにより，電極１２が製造される。前述したように（Ｅ）が開始された後は，（Ｅ）と（Ｆ）とは並行して実行される。

さらに，本形態の製造方法では，ＣＰＵ７１は，図５に示すように，転写工程の開始後，金属箔１１の温度を監視してフィードバック制御を行う。具体的に，ＣＰＵ７１は，箔温度取得工程（Ｇ）にて，温度センサ８の出力信号に基づいて，金属箔１１の温度を取得する。さらに，ＣＰＵ７１は，判断工程（Ｈ）にて，（Ｇ）で取得した温度が，（Ｂ）で取得した空気温度や（Ｃ）で取得した露点温度に対して，適正な温度範囲内となっているか否かを判断する。なお，（Ｂ）と（Ｃ）とを繰り返して行う場合には，（Ｈ）では，新たに取得した空気温度や露点温度に基づいて，判断するとよい。

そして，ＣＰＵ７１は，適正な温度範囲内ではないと判断した場合，（Ｄ）の冷却温度決定工程に戻って，チラー６の設定温度を変更する。例えば，ＣＰＵ７１は，金属箔１１の温度が露点温度に比較して高すぎると判断した場合は，チラー６の設定温度をより低い温度に変更する。例えば，チラー６の設定温度を露点温度と等しい温度とする。また，ＣＰＵ７１は，金属箔１１の温度が露点温度に近すぎると判断した場合は，チラー６の設定温度をより高い温度に変更する。例えば，チラー６の設定温度を露点温度＋１．０℃とする。

一方，適正な温度範囲内であると判断した場合，ＣＰＵ７１は，製造工程を終了するか否かを判断する（Ｉ）。終了しない場合には，適宜，金属箔１１の温度を取得して，フィードバック制御を行い，製造を継続する。製造工程を終了すると判断した場合には，Ｂロール２やＣロール３の回転駆動，および，チラー６の駆動を停止する。

続いて，本形態の製造方法について，発明者が行った実験の結果について説明する。発明者は，本形態の製造装置１００による電極の製造を行い，冷却部５を含まない従来の装置による製造結果と比較した。実験に使用した製造装置１００は，冷却部５として，図６に示すように，１個の冷却ロール５０１と，冷却ロールの両側に２個の補助ロール５０２，５０３とを備える。２個の補助ロール５０２，５０３により，冷却ロール５０１と金属箔１１との接触範囲が確保される。

この実験では，造粒体１０として，固形分７８％の正極用造粒体を使用し，金属箔１１として，厚さ１２μｍのアルミ箔を使用して，正極用電極を製造した。また，冷却ロール５０１として，外径５０ｍｍの市販の冷却ロールを使用し，巻き付け角が約１８０度となるように配置した。また，チラー６としては，市販の卓上型小型低温恒温水槽を用いた。

実験を行ったときの製造環境は，空気温度が約２３±２℃，相対湿度が約５０±１０％であった。この環境条件では，露点温度は，約６．９〜１６．７℃の範囲内である。そこで，チラー６の設定温度を１７．５±０．５℃とした。

本実験では，金属箔１１を搬送速度３０〜６０ｍ／分で搬送し，前述した造粒体１０を供給して，電極１２の製造を１０分程度連続して行った。製造された電極１２中の造粒体１０の層の目付の変化を，図７に示す。図７のグラフは，縦軸は目付の大きさ，横軸は連続して製造された電極１２の長さであり，冷却部５を設けた本形態の製造装置１００による製造の結果を実線，冷却部５を設けない製造装置による結果を破線で示している。なお，目付は，製造後の電極１２の単位面積中の造粒体１０の重量である。実験では，製造された電極１２から所定面積の部分を切り出し，造粒体１０を金属箔１１から剥がしてその重量を測定することにより，目付を算出した。

図７に実線で示すように，本形態の製造装置１００で製造した電極１２の目付は，長時間連続して製造しても規格の範囲内であった。目付の規格範囲は，図７中にて一点鎖線で示している範囲である。つまり，金属箔１１を冷却することで，連続して製造しても目付は減少せず，造粒体１０の層厚や目付を適正範囲内に維持できることが確認された。一方，図７に破線で示すように，冷却部５を設けていない従来の装置では，連続して製造するにつれて，次第に目付が減少した。

以上詳細に説明したように第１の形態の電極の製造方法によれば，金属箔１１は，Ｃロール３よりも上流側の位置で，冷却部５によって冷却され，冷却された状態で成膜ギャップＧ２に到達する。そのため，成膜ギャップＧ２で発生する加工熱は，金属箔１１に奪われ易くなるので，Ｂロール２とＣロール３とのいずれにおいても温度の上昇は抑制される。従って，長期に連続して製造を行った場合でも，成膜ギャップＧ２が小さくなる可能性は小さく，製造された電極１２における造粒体１０の層厚や目付を適切な範囲内に維持できる可能性が高い。

続いて，本発明を具体化した第２の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，第１の形態と同様の，帯状の電極を製造する工程にて用いられる製造装置に，本発明を適用したものである。第１の形態と同様の構成や工程については，同じ符号を付して説明を省略する。

第２の形態の製造装置１０００の概略構成を，図８に示す。本形態の製造装置１０００は，第１の形態と同様に，例えば，リチウムイオン二次電池に用いられる帯状の電極を製造するための装置である。製造装置１０００は，複数のロールを使用して，活物質を含む活物質材料である造粒体１０を金属箔１１に転写することにより，金属箔１１上に活物質の層を形成した積層シート状の電極１２を製造する装置である。

本形態の製造装置１０００は，Ａロール１と，Ｂロール２と，Ｃロール３と，供給部４と，冷却部５と，冷却部５の冷却ロール５１〜５３を冷却するチラー６と，加温部２０と，を備える。加温部２０は，ヒータ２１と，温度センサ２２と，を備える。加温部２０以外の各部材は，第１の形態と同様のものである。

ヒータ２１は，例えば，ニクロム線電熱器であり，Ｂロール２の少なくとも外周面を，回転軸方向の全体についてできるだけ均一に加温する。ヒータ２１は，図８に示すように，Ｂロール２の外周側にてＢロール２に接触しない位置に設けられる。なお，ヒータ２１としては，ハロゲンヒータ，セラミックヒータ等のニクロム線以外の電熱器でもよいし，コイルを備えた電磁誘導加熱方式の加熱部材でもよい。また，ヒータ２１は，Ｂロール２の内周側に空洞を設けてその中に配置されてもよい。

温度センサ２２は，例えば，サーミスタであり，Ｂロール２の外周面の温度に応じて異なる信号を出力する。温度センサ２２は，Ｂロール２の表面温度を直接測定してもよいし，例えば，Ｂロール２の回転軸の温度等，測定結果からＢロール２の表面温度を推定できる箇所の温度を測定してもよい。また，温度センサ２２は，１つのみでもよいし，複数設けてもよい。

本形態の製造装置１０００の電気的構成の例を図９に示す。製造装置１０００は，各部の温度を制御するコントローラ７０を備える。そして，コントローラ７０には，温湿度センサ９と，温度センサ８と，チラー６と，ヒータ２１と，温度センサ２２とが電気的に接続されている。温湿度センサ９と温度センサ８とチラー６とは，第１の形態と同様のものである。そして，コントローラ７０は，冷却部５の温度制御と，加温部２０の温度制御とを行う。

コントローラ７０は，第１の形態と同様に，温湿度センサ９の出力信号と温度センサ８の出力信号とに基づいて，チラー６の設定温度を決定する。コントローラ７０は，さらに，決定したチラー６の設定温度に基づいて，加温部２０の目標温度を決定する。コントローラ７０は，冷却部５によって冷却された金属箔１１の温度よりも，Ｂロール２の表面温度の方が所定温度以上高い温度となるように，加温部２０の目標温度を決定する。具体的には，コントローラ７０は，Ｂロール２の表面の目標温度を，金属箔１１の設定温度に対して，温度差が１０℃以上２５℃未満の範囲内となるように決定する。温度差が１５℃以上２０℃未満の範囲内であるとさらによい。

さらに，コントローラ７０は，温度センサ２２の出力信号に基づいて，ヒータ２１を制御する。コントローラ７０は，Ｂロール２の表面温度が，決定した目標温度に対して所定の温度範囲内となるように制御する。所定の温度範囲は，例えば，目標温度±１℃である。つまり，コントローラ７０は，例えば，Ｂロール２の表面温度が所定の温度範囲の上限以上となったらヒータ２１をオフし，Ｂロール２の表面温度が所定の温度範囲の下限以下となったらヒータ２１をオンする。

本形態では，造粒体１０は，加温されたＢロール２にて成膜ギャップＧ２に向けて搬送される。そして，造粒体１０は，Ｂロール２とＣロール３との間の成膜ギャップＧ２にて，金属箔１１とＢロール２とに挟まれて圧縮される。それにより，例えば，造粒体１０中の粒体同士の摩擦によって，熱が発生する。

造粒体１０に発生した熱は，成膜ギャップＧ２から周辺の部材に伝わる。Ｂロール２は，予め加温されているので，少なくとも成膜ギャップＧ２に至る前の造粒体１０よりも高温となっている。一方，金属箔１１は，冷却されているので，造粒体１０よりも低温となっている。そのため，造粒体１０に発生した熱は，温度の低い金属箔１１の側に多く移動し，Ｂロール２の側に移動する熱の量は第１の形態の場合よりもさらに小さい。

また，Ｂロール２を加温する加温部２０は，コントローラ７０にて制御されている。Ｂロール２の表面温度が目標温度より上がりすぎた場合には，コントローラ７０によってヒータ２１がオフされるので，Ｂロール２の表面温度は，早期に目標温度となる可能性が高い。

従って，Ｂロール２への熱の蓄積や，その結果によるＢロール２の膨張は，第１の形態よりもさらに抑制されている。つまり，長尺の金属箔１１を使用して，連続して電極を製造した場合でも，Ｂロール２やＣロール３の径は変化し難い。これにより，製造を開始した後に成膜ギャップＧ２の大きさが変化する可能性は小さいので，製造された電極１２の活物質層の層厚を適正な範囲内に維持できる可能性が高まる。なお，本形態では，目標温度まで加温した後のＢロール２の径に基づいて，成膜ギャップＧ２の大きさが所定の大きさとなるように，各ロール２，３を配置するとよい。

続いて，本形態の製造装置１０００を用いて電極を製造する製造方法について説明する。本形態の製造方法では，コントローラ７０は，図１０に示すように，以下の（Ａ），（Ｊ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｋ），（Ｌ），（Ｆ）の各工程を含む製造工程を実施する。なお，（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｆ）の各工程は，第１の形態と同様の工程である。
（Ａ）造粒体１０と金属箔１１とを準備する準備工程
（Ｊ）Ｂロール２を加温する加温工程
（Ｂ）環境の空気温度及び相対湿度を取得する環境条件取得工程
（Ｃ）空気温度及び相対湿度に基づいて露点温度を取得する露点温度取得工程
（Ｄ）露点温度に基づいてチラー６の設定温度を決定する冷却温度決定工程
（Ｋ）Ｂロール２の目標温度を決定する加温温度決定工程
（Ｌ）冷却部５による冷却と加温部２０による加温とを行う冷却加温工程
（Ｆ）金属箔１１に造粒体１０を転写させる転写工程

（Ｊ）加温工程では，Ｂロール２を，常温の状態から予め設定した仮の目標温度まで加温する。仮の目標温度は，例えば，３５℃である。本形態では，（Ｂ）の環境条件取得工程にて環境条件を取得する前に，（Ｊ）の加温工程を行い，Ｂロール２の温度が安定してから，次の（Ｂ）工程にて環境温度を取得する。なお，（Ｊ）の加温工程を（Ａ）の準備工程より前に行ってもよい。

（Ｋ）加温温度決定工程では，（Ｄ）冷却温度決定工程にて決定した設定温度に基づいて，加温部２０の目標温度を決定する。前述したように，加温部２０の目標温度は，冷却部５の設定温度より少なくとも１０℃以上，さらに好ましくは１５℃以上高い温度とするとよい。

（Ｌ）冷却加温工程では，第１の形態の（Ｅ）冷却工程にて説明したように金属箔１１を冷却するとともに，加温部２０によってＢロール２を加温する。そして，Ｂロール２が目標温度に到達した後，（Ｆ）転写工程にて金属箔１１の搬送を開始する。なお，（Ｋ）加温温度決定工程にて決定した目標温度が仮の目標温度から大きく離れている場合には，（Ｌ）冷却加温工程にて加温を開始した後，（Ｆ）転写工程を開始する前に，（Ｂ）〜（Ｄ）の各工程をやり直してもよい。

さらに，本形態でも，第１の形態と同様に，フィードバック制御を行う。（Ｍ）温度取得工程では，金属箔１１の温度だけでなく，Ｂロール２の温度も取得する。そして，（Ｈ）判断工程にて，適正な温度範囲であるか否かを判断し，冷却部５の温度と加温部２０の温度とを調整する。つまり，コントローラ７０は，Ｂロール２の表面温度が目標温度から所定の温度範囲以内となるように，ヒータ２１を制御する。さらに，（Ｉ）終了判断工程にて終了すると判断するまで，（Ｌ）〜（Ｈ）の各工程を繰り返す。

続いて，本形態の製造方法について，発明者が行った実験の結果について説明する。発明者は，本形態の製造装置１０００による電極の製造を行い，従来の装置による製造結果，および，加温を行わず金属箔１１の冷却のみを行った第１の形態の製造装置による製造結果と比較した。冷却部５の構成は，第１の形態にて行った実験と同様である。

本実験では，造粒体１０として固形分７２％の正極用造粒体を使用し，金属箔１１として厚さ１２μｍのアルミ箔を使用して，正極用電極を製造した。金属箔１１を搬送速度３０〜６０ｍ／分で搬送し，造粒体１０を供給して，電極１２の製造を１０分程度連続して行った。そして，製造済みの箇所の目付をインライン測定で測定しながら電極１２を製造することで，目付の変動を確認した。なお，造粒体１０の成分や，目付の規格は，第１の形態にて説明した実験における条件とは異なる。

実験の結果を，図１１のグラフに示す。このグラフで，縦軸は目付の大きさ，横軸は連続して製造された電極１２の長さである。このグラフでは，本形態の製造装置１０００による結果を太い実線，第１の形態の製造装置１００による結果を細い実線，従来の製造装置による結果を破線で示した。この実験での目付の規格範囲は，図１１中にて一点鎖線で示している範囲である。

図１１に示すように，従来の製造装置で製造した電極１２の目付は，次第に減少し，図中の成膜距離Ｐ１にて規格範囲を下回った。第１の形態の製造装置１００で製造した電極１２の目付も次第に減少したが，従来の成膜距離Ｐ１に比較してかなり長い成膜距離Ｐ２まで規格範囲を下回ることはなかった。この実験結果からも，第１の形態の製造装置１００によれば，従来のものよりも，目付を適切な範囲内に維持しての連続した製造が長期に可能であった。つまり，冷却部５を備えて加温部２０を備えない第１の形態によっても，本願発明の効果が得られた。

一方，第２の形態の製造装置１０００によれば，図１１に示すように，目付を適切な範囲内に維持しての連続した製造が，第１の形態の製造装置１００よりもさらに長期間にわたって可能であった。つまり，冷却部５と加温部２０とをともに備える第２の形態の製造装置１０００によれば，第１の形態よりもさらに良好な効果が得られた。

以上詳細に説明したように第２の形態の電極の製造方法によれば，造粒体１０は，成膜ギャップＧ２にて，冷却部５にて冷却された金属箔１１と加温部２０にて加温されたＢロール２とによって挟まれる。そのため，造粒体１０に発生した加工熱は，積極的に金属箔１１側に移動するので，Ｂロール２の温度の上昇は第１の形態よりもさらに抑制される。従って，長期に連続して製造を行った場合でも，成膜ギャップＧ２が小さくなる可能性は小さく，製造された電極１２における造粒体１０の層厚や目付を適切な範囲内に維持できる可能性が高い。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，本発明は，金属板に粉体材料による層を形成してシート状の電極を製造する製造方法であれば，リチウムイオン二次電池用の電極に限らず，各種の電池の電極の製造方法に適用可能である。

また，製造装置１００の構成は，実施の形態にて図示した例に限らない。例えば，各ロール１，２，３の配置やロール径，ロール間のギャップの大きさは，図示の例に限らない。例えば，ロール１，２，３として，同径のロールを用いてもよい。また，造粒体１０の供給方法は，Ａロール１とＢロール２の間に投入するものに限らない。つまり，Ａロール１は無くてもよい。

また，実施の形態では，図１にて，３個の冷却ロール５１〜５３の組を図示したが，冷却ロールの数は，１個以上であればいくつでもよい。ただし，複数ある方が冷却能力が高いので好ましい。また，実施の形態では，冷却ロール５１〜５３は回転自在であるとしたが，これらの少なくとも１つに回転駆動力を備え，金属箔１１を搬送するようにしてもよい。また，補助ロールは，なくてもよい。

また，図１では，３つの冷却ロール５１〜５３へ１台のチラー６からそれぞれ冷却水を供給する構成を示したが，３つの冷却ロール５１〜５３を順に冷却水が通過するようにしてもよい。あるいは，各冷却ロール５１〜５３にそれぞれのチラーを設けてもよい。このようにすれば，例えば，各冷却ロール５１〜５３で異なる温度の冷却水を供給することもできる。また，冷却部５による冷却方法は，冷却ロールに限らず，例えば，冷蔵室を通過させる，冷風を吹き付ける，としてもよい。

また，製造装置１００では，ＣＰＵ７１によるチラー６の設定温度の制御を行わなくてもよい。つまり，図５の（Ｂ）〜（Ｄ）は無くてもよい。例えば露点温度以下まで冷やしてもよい。ただし，露点温度より高い温度となるように制御すれば，金属箔１１への水滴の付着を抑制できるので好ましい。また，フィードバック制御は行わなくてもよい。つまり，図５の（Ｇ）と（Ｈ）は無くてもよい。ただし，フィードバック制御を行えば，より適切な温度に近づけることができるので，更に好ましい。温度制御を行わない場合には，温度センサ８や温湿度センサ９，記憶部７２の露点温度表７３は不要である。

また，フィードバック制御において，製造環境が変化した場合には，冷暖房装置や空気乾燥機等を使用して製造環境を調整してもよい。

また，製造装置１０００では，冷却部５の設定温度と加温部２０の設定温度とは，所定温度以上の温度差が設けられればよく，いずれを先に決定してもよいし，それぞれ独立に決定してもよい。また，チラー６を制御するコントローラと，ヒータ２１を制御するコントローラとは，一体のものに限らず，別体でもよい。

また，（Ｊ）の実行の順序は，図１０に示したものに限らず，（Ｊ）を（Ｂ）〜（Ｄ）より後で実行してもよい。あるいは，（Ｊ）加温工程はなくてもよい。例えば，（Ｋ）にて加温温度を決定した後，（Ｌ）にて加温してもよい。

また，加温部２０の温度制御やフィードバック制御はしなくてもよい。その場合，温度センサ２２は無くてもよい。例えば，ヒータ２１による加温を開始した後，加温し続ける構成でもよい。ただし，加温し続ける構成では，Ｂロール２の表面温度が上がりすぎ，Ｂロール２が膨張して電極１２の目付が小さくなる可能性があるので，温度制御を行う方が好ましい。

２ Ｂロール
３ Ｃロール
５ 冷却部
６ チラー
２０ 加温部
７１ ＣＰＵ

Claims (11)

1. 活物質を含む材料である活物質材料を搬送する第１ロールと，前記第１ロールに隣接して平行に配置され，箔を搬送する第２ロールと，を用い，前記第１ロールと前記第２ロールとを互いに逆方向に回転させ，前記活物質材料を前記箔に転写することによって，前記箔の表面に前記活物質材料の層を形成する電極の製造方法であって，
   前記箔の搬送方向について前記第２ロールより上流側にて，冷却装置を用いて前記箔を冷却する冷却工程を含み，
   前記冷却工程では，冷却後の前記箔の温度が，製造環境の空気温度よりも低く，かつ，製造環境の露点温度より高い温度となるように，前記箔を冷却する
   ことを特徴とする電極の製造方法。
2. 請求項１に記載の電極の製造方法において，
   前記冷却装置は，冷却ロールを備え，
   前記冷却工程では，前記冷却ロールの外周面を製造環境の空気温度よりも低温に維持しつつ，前記冷却ロールに前記箔を接触させることにより，前記箔を冷却することを特徴とする電極の製造方法。
3. 請求項２に記載の電極の製造方法において，
   前記冷却装置は，前記冷却ロールに冷媒を供給する冷媒供給部を備え，
   前記冷却工程では，前記冷媒供給部にて，前記冷却ロールに，製造環境の空気温度よりも低温の冷媒を流通させることを特徴とする電極の製造方法。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の電極の製造方法において，
   前記冷却装置は，製造環境の空気温度と相対湿度とに応じて異なる信号を出力するセンサを備え，
   前記冷却工程では，センサの出力信号に基づいて製造環境の空気温度と相対湿度とを取得し，取得された前記空気温度と前記相対湿度とから露点温度を取得し，さらに，冷却後の前記箔の温度が，取得された前記空気温度よりも低く，かつ，取得された前記露点温度より高い温度となるように，前記冷却装置での前記箔を冷却する温度を決定することを特徴とする電極の製造方法。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の電極の製造方法において，
   前記第１ロールの外周面の温度が冷却後の前記箔の温度より所定温度以上高い温度となるように，前記第１ロールを加温する加温工程を含むことを特徴とする電極の製造方法。
6. 活物質を含む材料である活物質材料を搬送する第１ロールと，前記第１ロールに隣接して平行に配置され，箔を搬送する第２ロールと，を用い，前記第１ロールと前記第２ロールとを互いに逆方向に回転させ，前記活物質材料を前記箔に転写することによって，前記箔の表面に前記活物質材料の層を形成する電極の製造方法であって，
   前記箔の搬送方向について前記第２ロールより上流側にて，冷却装置を用いて前記箔を冷却する冷却工程を含み，
   前記第１ロールの外周面の温度が冷却後の前記箔の温度より所定温度以上高い温度となるように，前記第１ロールを加温する加温工程を含むことを特徴とする電極の製造方法。
7. 活物質を含む材料である活物質材料を箔に転写することによって，前記箔の表面に前記活物質材料の層を形成する電極の製造装置であって，
   前記活物質材料を搬送する第１ロールと，
   前記第１ロールに隣接して平行に配置され，前記箔を搬送する第２ロールと，
   前記箔の搬送方向について前記第２ロールより上流側にて前記箔に接触する位置に配置され，内部に冷媒が通過する流路が形成された冷却ロールと，
   を有し，
   前記冷却ロールにおいて，冷却後の前記箔の温度が，製造環境の空気温度よりも低く，かつ，製造環境の露点温度より高い温度となるように，前記箔を冷却することを特徴とする電極の製造装置。
8. 請求項７に記載の電極の製造装置において，
   前記冷却ロールに前記冷媒を供給する冷媒供給部を備えることを特徴とする電極の製造装置。
9. 請求項７または請求項８に記載の電極の製造装置において，
   前記冷却ロールを複数備えることを特徴とする電極の製造装置。
10. 請求項７から請求項９までのいずれか１つに記載の電極の製造装置において，
    前記第１ロールを加温する加温部を備えることを特徴とする電極の製造装置。
11. 活物質を含む材料である活物質材料を箔に転写することによって，前記箔の表面に前記活物質材料の層を形成する電極の製造装置であって，
    前記活物質材料を搬送する第１ロールと，
    前記第１ロールに隣接して平行に配置され，前記箔を搬送する第２ロールと，
    前記箔の搬送方向について前記第２ロールより上流側にて前記箔に接触する位置に配置され，内部に冷媒が通過する流路が形成された冷却ロールと，
    を有し，
    前記第１ロールを加温する加温部を備えることを特徴とする電極の製造装置。

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