JP7220860B2 - 電池用電極の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池用電極の製造装置に関する。

リチウムイオン電池は、一般に、正極集電体の表面に正極活物質層が形成された正極と、負極集電体の表面に負極活物質層が形成された負極とが、セパレータを介して積層されて構成される。このリチウムイオン電池用電極の製造方法として、集電体の上に粉体状の活物質を載置し、圧縮することで一体とする成型方法が知られている（特許文献１）。

特許第６６３３８６６号公報

大気圧中において、集電体上への活物質供給が行われると、空気が含まれた活物質層が集電体上に形成されることがある。そして、集電体上に形成された活物質層の圧縮が大気中で行われると、活物質中に空気が残った状態のまま圧縮されることとなるので、圧縮された空気が膨張し、活物質が弾け飛んだり、活物質表面が凹凸になったりする等の問題が生じることがある。リチウムイオン電池に用いる電極は、集電体上に供給された活物質を含む活物質層が均質に形成されることで、安定した電池の性能を発揮するが、従来の構成では、前述した問題を抑制することが困難であり、所望の電池の性能が得られない虞がある。

本発明は、活物質層に空気が含まれることを抑制し、集電体上に形成される活物質層の均一性を向上させることができる電池用電極の製造装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る電池用電極の製造装置は、内部が大気圧よりも減圧されるチャンバと、帯状の集電体を、前記チャンバ内で前記帯状の集電体の長手方向に搬送する搬送装置と、前記チャンバ内に配置され、前記チャンバ内を移動する前記帯状の集電体の上に粉体状の活物質を供給する活物質供給装置と、前記チャンバ内に配置され、前記帯状の集電体上の前記活物質を前記帯状の集電体に定着させるロールプレスと、を備え、前記活物質供給装置には、開閉することで前記帯状の集電体上への前記活物質の供給を調整するシャッタユニットが設けられている。

この発明によれば、上述の電池の製造方法に用いる各装置（搬送装置、活物質供給装置、ロールプレス）が大気圧よりも減圧されるチャンバ内に設けられている。このことによって、減圧環境下において帯状の集電体上に活物質を載置し、プレスすることができる。このため、プレス前の活物質内に空気を残すことなく帯状の集電体上に活物質を載置し、活物質を帯状の集電体に定着させることができる。更に、活物質供給装置には開閉することで前記帯状の集電体上への前記活物質の供給を調整するシャッタユニットが設けられている。これにより、帯状の集電体の上に載置する活物質の量を精密に管理することができる。

また、前記チャンバ内において、前記活物質供給装置に対して、前記搬送装置による搬送方向の下流側に配置され、前記帯状の集電体の上に載置された前記活物質の周囲に枠体を供給する枠体供給装置を更に備えてもよい。

この発明によれば、活物質供給装置に対して、搬送装置による帯状の集電体の運搬方向の下流側に、枠体供給装置が備えられる。このことによって、活物質供給装置によって帯状の集電体上に適切な量の活物質が載置された後に、枠体が活物質の周囲に設置される。よって、上述の活物質供給装置によって適切な量を載置された活物質の周囲に枠体を置くことができる。そのため、適切な量の活物質を枠体内に収めることで、活物質を枠体の内面に隙間なく配置することができる。

また、前記枠体供給装置は、前記搬送装置による前記帯状の集電体の移動方向及び移動速度に合わせて、前記枠体を移動させながら前記帯状の集電体上に設置してもよい。

この発明によれば、帯状の集電体の移動方向及び移動速度に合わせて、枠体を移動させながら帯状の集電体の上に設置される。このことによって、帯状の集電体の搬送を逐一停止させることなく枠体を設置することができる。よって、より製造に要する時間を短縮することができる。

また、前記帯状の集電体は、前記帯状の端部同士を接合することで連続的に前記搬送装置に供給されてもよい。

この発明によれば、帯状の集電体の端部同士を接合することで、連続的に搬送装置に供給される。このことによって、電池の製造工程において帯状の集電体を途切れさせることなく供給することができる。

また、前記帯状の集電体は、前記チャンバの外に設けられた供給装置によって前記搬送装置に供給されてもよい。

この発明によれば、帯状の集電体の供給装置がチャンバの外に設けられている。このことによって、チャンバの大きさを必要最小限とすることができる。

本発明によれば、活物質層に空気が含まれることを抑制し、集電体上に形成される活物質層の均一性を向上させることができる電池用電極の製造装置及びその製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電池の断面模式図である。 本発明の一実施形態に係る単セルの断面模式図である。 本発明の一実施形態に係る電池用電極の製造装置を示す側面図である。

以下、図面を参照して本発明を適用した一実施形態について詳細に説明する。
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などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。

＜電池（二次電池）＞
図１は、一実施形態の電池１０の断面模式図である。
本実施形態の電池（二次電池）１０は、非水電解質二次電池の１種であるリチウムイオン二次電池である。ここで、リチウムイオン二次電池とは、正極３０ａと負極３０ｂとの間をリチウムイオンが移動することで充電や放電を行う二次電池である。以下では、正極３０ａおよび負極３０ｂを区別無く呼ぶときには、電極（電池用電極）３０と呼ぶ。

電池１０は、例えば、発電要素において電極が並列接続されてなる形式のいわゆる並列積層型電池などの従来公知の任意の二次電池にも適用可能である。なお、以下の説明では、リチウムイオン二次電池を単に「電池」と呼ぶ。

本実施形態の電池１０は、発電要素１１と、正極タブ３４ａと、負極タブ３４ｂと、外装体１２と、を有する。

正極タブ３４ａは、発電要素１１の正極側の端面に接触する。同様に、負極タブ３４ｂは、発電要素１１の負極側の端面に接触する。正極タブ３４ａおよび負極タブ３４ｂは、それぞれ外装体１２の外側に引き出される。正極タブ３４ａおよび負極タブ３４ｂは、アルミニウム合金、銅合金等の高導電性材料が用いられる。

外装体１２は、外部からの衝撃や環境劣化を防止するために、発電要素１１を内部に封止する。外装体１２は、例えば、ラミネートフィルムによって袋状に構成される。なお、外装体１２としては、金属缶ケースなどを用いてもよい。

本実施形態の電池１０の発電要素１１は、複数の単セル（電池セル）２０を有する。発電要素１１において、複数の単セル２０は、厚さ方向に積層される。単セル２０の積層数は、所望する電圧に応じて調節される。

＜単セル（電池セル）＞
図２は、単セル２０の断面模式図である。
単セル２０は、２つの電極（電池用電極）としての正極３０ａおよび負極３０ｂと、セパレータ４０と、を有する。

セパレータ４０は、正極３０ａと負極３０ｂとの間に配置される。発電要素１１において、複数の単セル２０は、正極３０ａと負極３０ｂとを同方向に向けて積層される。発電要素１１において、積層方向の正極側の端部に配置される単セル２０の正極３０ａには、正極タブ３４ａが接触し、積層方向の負極側の端部に配置される単セル２０の負極３０ｂには、負極タブ３４ｂが接触する。

セパレータ４０には、電解質が保持される。これにより、セパレータ４０は、電解質層として機能する。セパレータ４０は、正極３０ａおよび負極３０ｂの電極活物質層３２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４０は、正極３０ａと負極３０ｂとの間の隔壁として機能する。

セパレータ４０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などが挙げられる。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３０ａおよび負極３０ｂは、それぞれ、集電体３１と、電極活物質層３２と、枠体４５と、を有する。電極活物質層３２と集電体３１とは、セパレータ４０側からこの順に並ぶ。枠体４５は、額縁状（環状）である。枠体４５は、電極活物質層３２の周囲を囲む。正極３０ａの枠体４５と負極３０ｂの枠体４５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３０ａおよび負極３０ｂの電極活物質層３２を互いに区別する場合、これらをそれぞれ正極活物質層３２ａ、負極活物質層３２ｂと呼ぶ。

枠体４５は、集電体３１同士の接触や単セル２０の端部における短絡を防止する。枠体４５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。

集電体３１は、導電性のシート状の部材である。集電体３１を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、導電性を有する樹脂や、金属が用いられうる。軽量化の観点からは、集電体３１は、導電性を有する樹脂によって形成された樹脂集電体であることが好ましい。なお、単セル２０間のリチウムイオンの移動を遮断する観点からは、樹脂製の集電体３１の一部に金属層を設けてもよい。

樹脂製の集電体３１を構成する導電性を有する樹脂としては、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂が挙げられる。導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ；高密度ポリエチレン（Ｈ
ＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）など）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、またはポリスチレン（ＰＳ）などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。

導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、白金、鉄、クロム、スズ、亜鉛、インジウム、アンチモン、およびカリウムからなる群から選択される少なくとも１種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はない。好ましくは、アセチレンブラック、バルカン（登録商標）、ブラックパール（登録商標）、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック（登録商標）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。

導電性フィラーの添加量は、集電体３１に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、好ましくは、５～３５質量％程度であり、より好ましくは１０～３０質量％であり、さらに好ましくは１５～２０質量％である。

また、集電体３１が金属によって形成される場合は、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属のめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位、集電体３１へのスパッタリングによる負極活物質の密着性等の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。

電極活物質層３２は、電極活物質（正極活物質または負極活物質）および導電助剤を含む電極用造粒粒子（以下、単に造粒粒子）を有する。また、電極活物質層３２は、必要に応じて、電解液および粘着剤のうち何れか一方又は両方をさらに含んでいてもよい。また、電極活物質層３２は、必要に応じて、イオン伝導性ポリマー等を含んでもよい。
以下の説明において、正極活物質層３２ａおよび負極活物質層３２ｂの電極活物質を互いに区別する場合、これらをそれぞれ正極活物質、負極活物質と呼ぶ。

正極活物質としては、例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ（Ｎｉ－Ｍｎ－Ｃｏ）Ｏ２およびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム－遷移金属複合酸化物、リチウム－遷移金属リン酸化合物、リチウム－遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、２種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム－遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。より好ましくはリチウムとニッケルとを含有する複合酸化物が用いられる。さらに好ましくはＬｉ（Ｎｉ－Ｍｎ－Ｃｏ）Ｏ２およびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの（以下、「ＮＭＣ複合酸化物」と呼ぶ）、またはリチウム－ニッケル－コバルト－アルミニウム複合酸化物などが用いられる。ＮＭＣ複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属（Ｍｎ、ＮｉおよびＣｏが秩序正しく配置）原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を有する。そして、遷移金属１原子あたり１個のＬｉ原子が含まれ、取り出せるＬｉ量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の２倍、つまり供給能力が２倍になり、高い容量を持つことができる。

負極活物質としては、例えば、グラファイト（黒鉛）、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム－遷移金属複合酸化物（例えば、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、金属材料（スズ、シリコン）、リチウム合金系負極材料（例えばリチウム－スズ合金、リチウム－シリコン合金、リチウム－アルミニウム合金、リチウム－アルミニウム－マンガン合金等）などが挙げられる。場合によっては、２種以上の負極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、炭素材料、リチウム－遷移金属複合酸化物、リチウム合金系負極材料が、負極活物質として好ましく用いられる。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。また、（メタ）アクリレート系共重合体等の被覆用樹脂は特に炭素材料に対して付着しやすいという性質を有している。したがって、構造的に安定した電極材料を提供するという観点からは、負極活物質として炭素材料を用いることが好ましい。

導電助剤は、電子伝導パスを形成し、電極活物質層３２の電子移動抵抗を低減することで、電池の高レートでの出力特性向上に寄与し得る。導電助剤の形状は、粒子状または繊維状であることが好ましい。

導電助剤としては、例えば、アルミニウム、ステンレス、銀、金、銅、チタン等の金属、これらの金属を含む合金または金属酸化物；炭素繊維（具体的には、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）等）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー、カーボンブラック（具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等）等のカーボンが挙げられるが、これらに限定されない。また、粒子状のセラミック材料や樹脂材料の周りに上記金属材料をめっき等でコーティングしたものも導電助剤として使用できる。これらの導電助剤のなかでも、電気的安定性の観点から、アルミニウム、ステンレス、銀、金、銅、チタン、およびカーボンからなる群より選択される少なくとも１種を含むことが好ましく、アルミニウム、ステンレス、銀、金、およびカーボンからなる群より選択される少なくとも１種を含むことがより好ましく、カーボンからなる群より選択される少なくとも１種を含むことがさらに好ましい。これらの導電助剤は、１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上を併用しても構わない。

電解液（液体電解質）は、溶媒にリチウム塩が溶解した形態を有する。本発明の電解液を構成する溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類が挙げられる。リチウム塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ６ＬｉＣｌＯ４、Ｌｉ［（ＦＳＯ２）２Ｎ］（ＬｉＦＳＩ）等の無機酸のリチウム塩、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、およびＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３等の有機酸のリチウム塩等が挙げられる。なお、電解液におけるリチウム塩の濃度は、０．１～３．０Ｍであることが好ましく、０．８～２．２Ｍであることがより好ましい。また、添加剤を使用する場合の使用量は、添加剤を添加する前の電解液１００質量％に対して、好ましくは０．５～１０質量％、より好ましくは０．５～５質量％である。

添加剤としては、例えば、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ジフェニルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、１，２－ジビニルエチレンカーボネート、１－メチル－１－ビニルエチレンカーボネート、１－メチル－２－ビニルエチレンカーボネート、１－エチル－１－ビニルエチレンカーボネート、１－エチル－２－ビニルエチレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、ビニルオキシメチルエチレンカーボネート、アリルオキシメチルエチレンカーボネート、アクリルオキシメチルエチレンカーボネート、メタクリルオキシメチルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、プロパルギルエチレンカーボネート、エチニルオキシメチルエチレンカーボネート、プロパルギルオキシエチレンカーボネート、メチレンエチレンカーボネート、１，１－ジメチル－２－メチレンエチレンカーボネートなどが挙げられる。なかでも、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートが好ましく、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートがより好ましい。これらの環式炭酸エステルは、１種のみが単独で用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。

粘着剤としては、例えば、ポリシック（登録商標）シリーズ等の（メタ）アクリル酸エステル系感圧接着剤が挙げられる。造粒粒子中の前記粘着剤の含有量は、造粒粒子の固形分の合計質量に対して、０．０１～１０質量％であることが好ましく、より好ましくは０．０１～８質量％であり、さらに好ましくは０．１～５質量％であり、特に好ましくは０．１～３質量％である。

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）系及びポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）系の公知のポリオキシアルキレンオキサイドポリマーが挙げられる。

＜電池用電極の製造装置及び電池用電極の製造方法＞
次に、本実施形態の電池用電極（正極３０ａおよび負極３０ｂ）の製造装置について説明する。
集電体３１は、電極３０の製造工程において、帯状の集電体３１Ｂを適宜切断することにより設けられるものとする。帯状の集電体３１Ｂは、製造装置に投入される前はロール状となって保管される。このように、ロール状に保管される帯状の集電体３１Ｂを、集電体ロール３１Ｒとする。
正極活物質層３２ａ及び負極活物質層３２ｂを区別なく呼ぶときには、活物質３２ｃと呼ぶ。活物質３２ｃは、電極活物質および導電助剤を含む、複数の電極用造粒粒子のことを意味する。活物質３２ｃは、粉体状である。

正極３０ａの製造方法と負極３０ｂの製造方法とは、主に電極活物質層３２に含まれる電極活物質が異なる。そのため、製造装置については正極３０ａおよび負極３０ｂによる差異はない。ここでは、電極３０の製造装置として、製造装置（電池用電極の製造装置）１０００を説明する。
図３に示すように、製造装置１０００は、チャンバ１００と、搬送装置２００と、活物質供給装置３００と、ロールプレス４００と、枠体供給装置５００と、集電体展開装置６００と、入口部７００と、を備える。

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、不図示の減圧ポンプにより大気圧よりも減圧される。チャンバ１００の内部の圧力は、大気圧よりも減圧されていれば任意の値でよいが、例えば、大気圧から１×１０^－１～１×１０^－２Ｐａまでの低真空環境となるように調整されていてもよいし、１×１０^－６～１×１０^－７Ｐａの高真空環境となるように調整されていてもよいし、それ以上の超高真空や１０^－８～１０^－９Ｐａレベルの極高真空であってもよい。なお、標準大気圧は、約１０１３ｈＰａ（約１０^５Ｐａ）である。
チャンバ１００は、空洞状である。チャンバ１００内では、帯状の集電体３１Ｂが搬送される。
チャンバ１００内では、本実施形態における電池の製造に係る主要な工程が実施される。すなわち、帯状の集電体３１Ｂの上に粉体状の活物質３２ｃを載置し、載置された活物質３２ｃをプレス加工し、枠体４５を設置する工程が実施される。チャンバ１００の内部には、少なくとも搬送装置２００、活物質供給装置３００、ロールプレス４００、枠体供給装置５００が設けられている。本実施形態において、帯状の集電体３１Ｂはチャンバ１００の外部から内部へ挿入される。そのため、チャンバ１００には、帯状の集電体３１Ｂの入口として、スリット１１０が設けられている。
本実施形態に係る電池の製造時には、チャンバ１００の内部は大気圧よりも減圧される。これにより、活物質内部に空気が残留することを防ぐ。

搬送装置２００は、チャンバ１００内において、帯状の集電体３１Ｂを帯状の集電体３１Ｂの長手方向に搬送する。また、搬送装置２００として、帯状の集電体３１Ｂの搬送方向において、ロールプレス４００よりも上流側に第１搬送装置２１０、下流側に第２搬送装置２２０が設けられている。第１搬送装置２１０及び第２搬送装置２２０は、例えば、公知のベルトコンベアである。第１搬送装置２１０の上には、活物質供給装置３００が設けられている。また、第２搬送装置２２０の上には、枠体供給装置５００が設けられている。なお、以下において、第１搬送装置２１０と第２搬送装置２２０とをまとめて、搬送装置２００と呼ぶことがある。

活物質供給装置３００は、搬送装置２００によりチャンバ１００内に搬送される帯状の集電体３１Ｂの上に、活物質３２ｃを載置する。活物質供給装置３００は、スクリューコンベア３１０と、投入シュート３２０と、解砕機３３０と、超音波振動機３４０と、シャッタユニット３５０と、を備える。
スクリューコンベア３１０は、活物質３２ｃを活物質供給装置３００へ運搬する。スクリューコンベア３１０の一方の端部は活物質３２ｃの貯蔵部等（不図示）へ接続されている。スクリューコンベア３１０の他方の端部は、投入シュート３２０へ接続されている。

投入シュート３２０は、スクリューコンベア３１０から運搬された活物質３２ｃを、解砕機３３０へ運搬する。投入シュート３２０の一方の側面には、スクリューコンベア３１０の他方の端部が接続されている。投入シュート３２０の下面には、解砕機３３０の上面が接続されている。これにより、投入シュート３２０へスクリューコンベア３１０により水平方向に投入された活物質３２ｃは、解砕機３３０へ自由落下することで投入される。

解砕機３３０は、チャンバ１００内を搬送される帯状の集電体３１Ｂの上に設けられている。解砕機３３０の上には投入シュート３２０が設けられている。解砕機３３０の下にはシャッタユニット３５０が設けられている。
ここで、投入シュート３２０から解砕機３３０内に投入された活物質３２ｃは、その材料の性質上塊状となっていることがある。この状態のまま活物質３２ｃを帯状の集電体３１Ｂの上に載置すると、完成後の電極３０の性能に影響を及ぼす。解砕機３３０は、この問題を解消するために、載置前の活物質３２ｃを粉砕する役割を有する。

解砕機３３０は、排出シュート３３１と、ロータ３３２と、スクリーン３３３と、を備える。排出シュート３３１は、投入シュート３２０から投入された活物質３２ｃを受け入れる容器である。本実施形態において、排出シュート３３１の下端部は開口しており、チャンバ１００内に配置されているものとする。これにより、減圧されたチャンバ１００内における帯状の集電体３１Ｂ上に、活物質３２ｃが載置される。

ロータ３３２は、排出シュート３３１内に配置された回転部材である。排出シュート３３１内に投入された活物質３２ｃは、回転するロータ３３２に接触することにより攪拌される。これにより、塊状の活物質３２ｃが粉砕される。
スクリーン３３３は、排出シュート３３１内において、ロータ３３２の下部に配置される。スクリーン３３３は、網状の部材である。スクリーン３３３は、ロータ３３２によって粉砕された活物質３２ｃを、より細かくするふるいの役割を有する。スクリーン３３３は、塊状の活物質３２ｃが回転するロータ３３２とスクリーン３３３との間に挟まれることで、塊状の活物質３２ｃをすりつぶすように粉砕する役割を有する。

超音波振動機３４０は、排出シュート３３１下部の外壁に設けられている。つまり、ロータ３３２及びスクリーン３３３によって粉砕された活物質３２ｃが堆積する部位の外側に設けられている。超音波振動機３４０は、超音波を発生することで排出シュート３３１の下部に堆積した活物質３２ｃを振動させ、堆積した活物質３２ｃを均一にならす役割を有する。

シャッタユニット３５０は、上述のように開口した排出シュート３３１の下端部に設けられている。つまり、シャッタユニット３５０の真上には、解砕機３３０によって粉砕された活物質３２ｃが堆積する。この状態でシャッタユニット３５０を開閉することで、活物質３２ｃがチャンバ１００内を搬送される帯状の集電体３１Ｂの上に落下する。これにより、帯状の集電体３１Ｂの上に活物質３２ｃを載置する。

シャッタユニット３５０は、第１シャッタ扉３５１と、第２シャッタ扉３５２と、を備える。本実施形態では、第１シャッタ扉３５１は、チャンバ１００内において、帯状の集電体３１Ｂの搬送方向の上流側に設けられている。第２シャッタ扉３５２は、帯状の集電体３１Ｂの搬送方向の下流側に設けられている。
搬送装置２００により搬送される帯状の集電体３１Ｂの移動に合わせてシャッタユニット３５０を適宜開閉することで、帯状の集電体３１Ｂの上に載置する活物質３２ｃの量を調整する。これにより、帯状の集電体３１Ｂの上に載置する活物質３２ｃの量を精密に管理する。

ロールプレス４００は、チャンバ１００内において、第１搬送装置２１０と第２搬送装置２２０との間に設けられる。ロールプレス４００は、上述の工程でチャンバ１００内の帯状の集電体３１Ｂの上に載置された活物質３２ｃを、帯状の集電体３１Ｂとともにプレス成形する。これにより、活物質３２ｃを帯状の集電体３１Ｂに定着させる役割を有する。

このとき、大気圧中において上述の載置を行うと、活物質３２ｃの内部に空気が残留することがある。この状態のままロールプレス４００によるプレス成型を行うと、プレス終了後に圧縮された空気が膨張し、活物質３２ｃが弾け飛んだり、活物質３２ｃの表面が凹凸になったりする等の不都合が生ずる。これに対し、本実施形態では、活物質３２ｃの載置及びプレス成型の工程を、上述のように減圧されたチャンバ１００の内部にて行う。これにより、活物質３２ｃ内に空気が残留することなく、上述の作業を行うことを可能とする。
第１搬送装置２１０からロールプレス４００に搬送され、プレス成型された活物質３２ｃは、第２搬送装置２２０へ搬送される。

枠体供給装置５００は、第２搬送装置２２０の上に設けられる。枠体供給装置５００は上述の工程によりプレス成型された活物質３２ｃの周囲に、枠体４５を設置する。枠体供給装置５００は、支持具５１０と、移動レール５２０と、追従レール５３０と、を備える。
支持具５１０は、チャンバ１００内に予め用意された枠体４５を把持し、第２搬送装置２２０の上を搬送される活物質３２ｃの周囲に移動する。

支持具５１０は、ベース５１１と、把持アーム５１２と、を備える。ベース５１１は、追従レール５３０の摺動部５３２（後述する）に設置されている。
把持アーム５１２は、ベース５１１に接続されている。把持アーム５１２は、枠体４５を把持する部位である。把持アーム５１２は、ベース５１１によって上下方向に移動可能である。把持アーム５１２による枠体４５の把持方法は、例えば、吸着部５１３によって、枠体４５を把持アーム５１２の先端部に吸着させる方法が好適に用いられる。

移動レール５２０は、チャンバ１００内において、支持具５１０を搬送装置２００の搬送方向と交差する方向（本実施形態では直交する方向）に移動させる。本実施形態において、移動レール５２０は、円柱状の部材が、搬送装置２００の搬送方向と直交する方向を長手方向として、一対かつ平行に設けられている。この一対の移動レール５２０には、後述する追従レール５３０の両端に設けられた取付部５３１が、それぞれ取り付けられている。

追従レール５３０は、支持具５１０が設置される部位である。本実施形態において、追従レール５３０は、円柱状の部材であり、搬送装置２００の搬送方向を長手方向として設けられている。追従レール５３０は、取付部５３１と、摺動部５３２と、を備える。
取付部５３１は、追従レール５３０の両端部に設けられている。取付部５３１は、１対の移動レール５２０にそれぞれ取り付けられている。取付部５３１は、移動レール５２０の長手方向に移動可能である。これにより、追従レール５３０は、移動レール５２０の長手方向に平行移動する。

摺動部５３２は、追従レール５３０における、円柱状の部位である。上述のように、摺動部５３２には、支持具５１０が取り付けられる。これにより、支持具５１０は、追従レール５３０に伴い、移動レール５２０の長手方向に移動する。
これらによって、枠体供給装置５００は、第２搬送装置２２０の側部に用意された枠体４５を、支持具５１０によって持ち上げ、移動レール５２０によって第２搬送装置２２０の上部まで移動させ、帯状の集電体３１Ｂの上に設置する。

枠体４５を帯状の集電体３１Ｂの上に設置する際は、移動レール５２０によって、枠体４５を搬送装置２００の搬送方向と直交する方向にのみ移動させ、活物質３２ｃの位置にあわせて枠体４５を降下させることで設置する。
あるいは、枠体４５を降下させると同時に、追従レール５３０の長手方向、すなわち搬送装置２００の搬送方向に支持具５１０を移動させてもよい。つまり、支持具５１０を、搬送装置２００による帯状の集電体３１Ｂの移動方向及び移動速度に合わせて移動させながら枠体４５を設置してもよい。

集電体展開装置６００は、チャンバ１００内に、帯状の集電体３１Ｂを供給する。本実施形態において、集電体展開装置６００は、チャンバ１００の外に設けられている。
集電体展開装置６００は、ロール保持部６１０と、スプライサ６２０と、送りローラ６３０と、を備える。

ロール保持部６１０には、集電体ロール３１Ｒが保持される。ロール保持部６１０は、支柱部６１１と、ロールチェンジャ６１２と、回転部６１３と、取付部６１４と、を備える。
支柱部６１１は、ロール保持部６１０のベースとなる部位である。支柱部６１１は、例えば、棒状の部材が地上に垂直に設けられて構成されている。
ロールチェンジャ６１２は、棒状の部材である。
回転部６１３は、支柱部６１１の上端に設けられる。回転部６１３は、ロールチェンジャ６１２の長手方向の中央部を回転可能に保持する。
取付部６１４は、棒状の部材である。取付部６１４は、ロールチェンジャ６１２の両端部に、ロールチェンジャ６１２が回転する平面に対して垂直に設けられる。
取付部６１４は、集電体ロール３１Ｒの中心部を挿入することで、集電体ロール３１Ｒを保持する。

スプライサ６２０は、帯状の集電体３１Ｂの端部同士を接合する。集電体ロール３１Ｒが全て展開され、帯状の集電体３１Ｂが全て供給されると、最終的には帯状の集電体３１Ｂの終端がチャンバ１００の方向に向けて移動する。この終端と、上述のように複数用意された集電体ロール３１Ｒを展開した帯状の集電体３１Ｂの始端とをスプライサ６２０により接合する。これにより、複数の帯状の集電体３１Ｂを途切れさせることなく連続的にチャンバ１００に供給する。

送りローラ６３０は、ロール保持部６１０とチャンバ１００との間に設けられる。送りローラ６３０は、複数の回転部材からなる。送りローラ６３０により搬送される帯状の集電体３１Ｂは、前記複数の回転部材に沿って移動する。これにより、帯状の集電体３１Ｂを送りローラ６３０の途中で緩ませることなく、安定してチャンバ１００内に供給する。

上述の集電体展開装置６００によって、チャンバ１００への帯状の集電体３１Ｂの供給は、以下のようにされる。ここで、集電体ロール３１Ｒは、ロール保持部６１０に少なくとも２つ保持される。なお、集電体ロール３１Ｒは、図３に示す上側の集電体ロール３１Ｒの付近、すなわち上側の取付部６１４の付近に複数用意されているものとする。
まず、取付部６１４に取付けられた集電体ロール３１Ｒが適宜展開され、集電体ロール３１Ｒから帯状の集電体３１Ｂが供給される。

通常時のチャンバ１００への帯状の集電体３１Ｂの供給は、ロール保持部６１０によって下側に保持された集電体ロール３１Ｒからされる。上述のように、集電体ロール３１Ｒが全て展開されると、下側の集電体ロール３１Ｒの終端と、上側の集電体ロール３１Ｒの始端がスプライサ６２０によって接合される。これにより、チャンバ１００への集電体ロール３１Ｒの供給が、上側の集電体ロール３１Ｒからされるように切り替わる。

その後、上側の集電体ロール３１Ｒは、ロールチェンジャ６１２によって下側に移動する。すると、集電体ロール３１Ｒが取付けられていない状態となった側の取付部６１４が、上側に移動する。この状態となった後、上述のように、上側の取付部６１４の付近に用意されていた集電体ロール３１Ｒが、上側に移動した取付部６１４に取付けられる。
これを繰り返すことにより、チャンバ１００への帯状の集電体３１Ｂの供給を止めることなく、集電体ロール３１Ｒを切り替え、連続的に帯状の集電体３１Ｂを供給する。

入口部７００は、チャンバ１００の側壁において、スリット１１０の位置に合わせて設けられる。入口部７００は、帯状の集電体３１Ｂがチャンバ１００内に進入する部位である。また、入口部７００には、帯状の集電体３１Ｂがチャンバ１００内に進入する際に、同時にチャンバ１００外の大気がチャンバ１００内に侵入することを防ぐスリットガイド（不図示）が設けられている。これにより、減圧されたチャンバ１００内の気圧を保ちながら、帯状の集電体３１Ｂをチャンバ１００内に供給する。

以上のように、入口部７００よりチャンバ１００内に供給された帯状の集電体３１Ｂは、集電体展開装置６００によって帯状の集電体３１Ｂを載置され、ロールプレス４００によってプレス成型された後、枠体供給装置５００により枠体を設置される。その後、帯状の集電体３１Ｂを枠体の間隔に合わせ適宜切断することで、電極３０を形成する。

なお、上述の工程により形成された電極３０（すなわち、正極３０ａおよび負極３０ｂ）を適宜積層することにより、単セル２０とする。

以上説明したように、本実施形態に係る製造装置１０００によれば、上述の電池１０の製造方法に用いる各装置（搬送装置２００、活物質供給装置３００、ロールプレス４００）が大気圧よりも減圧されるチャンバ１００内に設けられている。このことによって、減圧環境下において帯状の集電体３１Ｂ上に活物質３２ｃを載置し、プレスすることができる。このため、プレス前の活物質３２ｃ内に空気を残すことなく帯状の集電体３１Ｂ上に活物質３２ｃを載置し、活物質３２ｃを帯状の集電体３１Ｂに定着させることができる。更に、活物質供給装置３００には開閉することで前記帯状の集電体３１Ｂ上への前記活物質３２ｃの供給を調整するシャッタユニット３５０が設けられている。これにより、帯状の集電体３１Ｂの上に載置する活物質３２ｃの量を精密に管理することができる。

また、活物質供給装置３００に対して、搬送装置２００による帯状の集電体３１Ｂの運搬方向の下流側に、枠体供給装置５００が備えられる。このことによって、活物質供給装置３００によって帯状の集電体３１Ｂ上に適切な量の活物質３２ｃが載置された後に、枠体４５が活物質３２ｃの周囲に設置される。よって、上述の活物質供給装置３００によって適切な量を載置された活物質３２ｃの周囲に枠体４５を置くことができる。そのため、適切な量の活物質３２ｃを枠体４５内に収めることで、活物質３２ｃを枠体４５の内面に隙間なく配置することができる。

また、帯状の集電体３１Ｂの移動方向及び移動速度に合わせて、枠体４５を移動させながら帯状の集電体３１Ｂの上に設置される。このことによって、帯状の集電体３１Ｂの搬送を逐一停止させることなく枠体４５を設置することができる。よって、より製造に要する時間を短縮することができる。

また、帯状の集電体３１Ｂの端部同士を接合することで、連続的に搬送装置２００に供給される。このことによって、電池の製造工程において帯状の集電体３１Ｂを途切れさせることなく供給することができる。

また、帯状の集電体３１Ｂの供給装置がチャンバ１００の外に設けられている。このことによって、チャンバ１００の大きさを必要最小限とすることができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、集電体展開装置６００は、チャンバ１００内に設置されていてもよい。
また、活物質供給装置３００は、その全体がチャンバ１００内に設けられていてもよい。
また、枠体供給装置５００は、搬送装置２００の搬送方向において、集電体展開装置６００の上流側に設けられていてもよい。すなわち、帯状の集電体３１Ｂの上に枠体４５を設置した後に、枠体４５の内側に活物質３２ｃを載置してもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１０ 電池
３０ 電極
３１ 集電体
３１Ｂ 帯状の集電体
３２ｃ 活物質
４５ 枠体
１００ チャンバ
２００ 搬送装置
３００ 活物質供給装置
３５０ シャッタユニット
４００ ロールプレス
５００ 枠体供給装置
１０００ 製造装置

Claims (5)

1. 内部が大気圧よりも減圧されるチャンバと、
   帯状の集電体を、前記チャンバ内で前記帯状の集電体の長手方向に搬送する搬送装置と、
   前記チャンバ内を移動する前記帯状の集電体の上に粉体状の活物質を供給する活物質供給装置と、
   前記帯状の集電体上の前記活物質を前記帯状の集電体に定着させるロールプレスと、
   を備え、
   前記活物質供給装置及び前記ロールプレスは、前記チャンバ内に配置され、
   前記活物質供給装置には、開閉することで前記帯状の集電体上への前記活物質の供給を調整するシャッタユニットが設けられている、
   電池用電極の製造装置。
2. 前記チャンバ内において、前記活物質供給装置及び前記ロールプレスに対して、前記搬送装置による搬送方向の下流側に配置され、前記帯状の集電体の上に載置された前記活物質の周囲に枠体を供給する枠体供給装置を更に備える、
   請求項１に記載の電池用電極の製造装置。
3. 前記枠体供給装置は、前記搬送装置による前記帯状の集電体の移動方向及び移動速度に合わせて、前記枠体を移動させながら前記帯状の集電体上に設置する、
   請求項２に記載の電池用電極の製造装置。
4. 前記帯状の集電体は、前記帯状の端部同士を接合することで連続的に前記搬送装置に供給される、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の電池用電極の製造装置。
5. 前記帯状の集電体は、前記チャンバの外に設けられた供給装置によって前記搬送装置に供給される、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の電池用電極の製造装置。

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