WO2022211073A1 - 活物質処理装置、電池用電極製造装置、活物質処理方法、及び、電池用電極製造方法 - Google Patents

活物質処理装置、電池用電極製造装置、活物質処理方法、及び、電池用電極製造方法 Download PDF

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chamber
current collector
electrode
tank
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英明 堀江
健一郎 榎
勇輔 中嶋
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Apb株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture

Definitions

  • the present invention relates to an active material processing apparatus, a battery electrode manufacturing apparatus, an active material processing method, and a battery electrode manufacturing method.
  • Patent Document 1 discloses a dust collector for a machining center.
  • This dust collector is provided with a scattering-preventive overall cover that entirely covers the sliding portion of the table, and this overall cover prevents abrasive grains and dust from scattering to the outside.
  • Patent Literature 2 discloses a linear motion mechanism. This linear motion mechanism includes a first cover that covers the movable part and a second cover that has a structure that overlaps the first cover. Also, splashes and dust are prevented from entering the moving parts.
  • lithium-ion batteries which have been attracting attention in recent years, are generally constructed by stacking a plurality of electrodes each having an active material layer formed on the surface of a current collector with a separator interposed therebetween.
  • a concept of manufacturing such an electrode for a lithium ion battery for example, by supplying and fixing a powdery active material on a current collector in a chamber.
  • the active material microparticles may adhere to the inner surface of the chamber due to scattering of the active material microparticles inside the electrode during manufacturing.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 are suitable configurations. There is room for improvement.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an active material processing apparatus, a battery electrode manufacturing apparatus, an active material processing method, and a , an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a battery electrode.
  • an active material processing apparatus includes a chamber for handling a powdery active material therein, and a metal foil layer provided insulated from the inner surface of the chamber and covering the inner surface.
  • a charging device provided inside the chamber for charging the particles of the active material in the air inside the chamber and the metal foil layer to the same polarity; and an exhaust for exhausting the air inside the chamber. and a device.
  • the active material processing apparatus, the battery electrode manufacturing apparatus, the active material processing method, and the battery electrode manufacturing method according to the present invention have the effect of being able to properly collect the active material scattered inside the chamber. .
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a cell according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing the schematic configuration of the manufacturing apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view showing the schematic configuration of the manufacturing apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a flow chart showing the manufacturing method according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of an active material supply device included in the battery electrode manufacturing apparatus.
  • FIG. 6 is a diagram showing a detailed configuration example of the active material supply device shown in FIG. 7 is a diagram showing the degassing device shown in FIG. 5.
  • FIG. FIG. 8 is a diagram of a sealed pressure vessel.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a first modification of the degassing device.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a second modification of the degassing device.
  • a manufacturing apparatus 100 according to the present embodiment shown in FIG. 2 is a battery electrode manufacturing apparatus for manufacturing the electrode 30 applied to the unit cell 10 shown in FIG.
  • the basic configuration of the unit cell 10 and the electrode 30 will be described below with reference to FIG. 1, and then the manufacturing apparatus 100 will be described in detail with reference to FIG.
  • a single battery (also referred to as a battery cell or single cell) 10 of the present embodiment shown in FIG. 1 is a secondary battery.
  • the lithium ion battery (battery cell, single cell, single battery unit) in this specification refers to a secondary battery that uses lithium ions as charge carriers and is charged and discharged by the movement of lithium ions between the positive and negative electrodes. .
  • the lithium ion battery (secondary battery) includes a battery using a liquid material for the electrolyte and a battery using a solid material for the electrolyte (so-called all-solid battery).
  • the lithium ion battery in the present embodiment includes a battery having a metal foil (metal current collector foil) as a current collector, and is composed of a resin to which a conductive material is added instead of the metal foil, a so-called resin current collector. Including a battery with a body.
  • the resin current collector is used as a resin current collector for a bipolar electrode, which will be described later, a positive electrode is formed on one surface of the resin current collector and a negative electrode is formed on the other surface to obtain a bipolar electrode. may be configured.
  • the lithium ion battery in the present embodiment includes those in which the positive electrode or negative electrode active material or the like is applied to the positive electrode current collector or the negative electrode current collector using a binder to form an electrode, and in the case of a bipolar battery, is a bipolar electrode having a positive electrode layer formed by applying a positive electrode active material or the like using a binder to one surface of a current collector, and a negative electrode layer formed by applying a negative electrode active material or the like using a binder to the opposite surface of the current collector. including those that consist of
  • the cell 10 includes a positive electrode 30a, a negative electrode 30b, a separator 40, and a frame 50.
  • the positive electrode 30a includes a positive electrode collector layer 31a and a positive electrode active material layer 32a.
  • the negative electrode 30b includes a negative electrode collector layer 31b and a negative electrode active material layer 32b.
  • a positive electrode current collector layer 31a, a positive electrode active material layer 32a, a separator 40, a negative electrode active material layer 32b, and a negative electrode current collector layer 31b are laminated in this order. That is, in the cell 10, the positive electrode current collector layer 31a and the negative electrode active material layer 32b are arranged as the outermost layers.
  • the outer peripheries of the positive electrode active material layer 32a, the negative electrode active material layer 32b, and the separator 40 are sealed by the frame 50 at the edges of the positive electrode current collector layer 31a and the negative electrode current collector layer 31b, An electrolyte is enclosed.
  • the cell 10 has the separator 40 interposed between the positive electrode active material layer 32a and the negative electrode active material layer 32b, and the separator 40 functions as a partition wall between the positive electrode 30a and the negative electrode 30b.
  • the unit cells 10 can be used, for example, in the form of an assembled battery in which a plurality of cells are combined into a module, or a battery pack in which a plurality of such assembled cells are combined to adjust the voltage and capacity.
  • the method of stacking the assembled battery is arbitrary.
  • a unit cell having a positive electrode resin current collector on the first surface and a negative electrode resin current collector on the second surface is arranged such that the first surface (positive electrode side) and the first surface (positive electrode side) of a pair of adjacent unit cells are stacked.
  • a laminated battery may be formed by laminating a plurality of layers in series so that the two surfaces (negative electrode side) are adjacent to each other.
  • a single cell in which a positive electrode layer is provided on one side of a single resin current collector and a negative electrode layer is provided on the other side of the resin current collector may be laminated with an electrolyte layer interposed between them to form a laminated battery. good.
  • positive electrode current collector As the positive electrode current collector that constitutes the positive electrode current collector layer 31a, a known current collector used for a lithium-ion single battery can be used. A resin current collector (such as the resin current collector described in JP-A-2012-150905 and WO 2015/005116) can be used.
  • the positive electrode collector constituting the positive electrode collector layer 31a is preferably a resin collector from the viewpoint of battery characteristics and the like.
  • Metal current collectors include, for example, copper, aluminum, titanium, nickel, tantalum, niobium, hafnium, zirconium, zinc, tungsten, bismuth, antimony, alloys containing one or more of these metals, and the group consisting of stainless alloys. and one or more metal materials selected from These metal materials may be used in the form of thin plates, metal foils, or the like.
  • a metal current collector formed by forming the above metal material on the surface of a base material other than the above metal material by sputtering, electrodeposition, coating, or the like may be used.
  • the resin current collector preferably contains a conductive filler and a matrix resin.
  • the matrix resin include polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethylpentene (PMP) and the like, but are not particularly limited.
  • the conductive filler is not particularly limited as long as it is selected from materials having conductivity.
  • the conductive filler may be a conductive fiber having a fibrous shape.
  • the resin current collector may contain other components (dispersant, cross-linking accelerator, cross-linking agent, colorant, ultraviolet absorber, plasticizer, etc.) in addition to the matrix resin and the conductive filler. Also, a plurality of resin current collectors may be laminated and used, or a resin current collector and a metal foil may be laminated and used.
  • the thickness of the positive electrode current collector layer 31a is not particularly limited, it is preferably 5 to 150 ⁇ m.
  • the total thickness after lamination is preferably 5 to 150 ⁇ m.
  • the positive electrode current collector layer 31a can be obtained, for example, by molding a conductive resin composition obtained by melt-kneading a matrix resin, a conductive filler, and a dispersing agent for a filler used if necessary into a film by a known method. can be done.
  • the positive electrode active material layer 32a is preferably a non-bound mixture containing a positive electrode active material.
  • the non-bound body means that the position of the positive electrode active material is not fixed in the positive electrode active material layer, and the positive electrode active materials and the positive electrode active materials and the positive electrode active material and the current collector are irreversibly means not fixed.
  • the positive electrode active material layer 32a is a non-bound body, the positive electrode active materials are not irreversibly fixed to each other. Even when stress is applied to the material layer 32a, the positive electrode active material moves, which is preferable because the destruction of the positive electrode active material layer 32a can be prevented.
  • the positive electrode active material layer 32a which is a non-binder, can be obtained by a method such as changing the positive electrode active material layer 32a into a positive electrode active material layer 32a containing a positive electrode active material and an electrolytic solution but not containing a binder. can.
  • the binder means an agent that cannot reversibly fix the positive electrode active materials together and the positive electrode active material and the current collector, and includes starch, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxyl
  • Known solvent-drying type binders for lithium ion batteries such as methylcellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, styrene-butadiene rubber, polyethylene and polypropylene can be used. These binders are used by dissolving or dispersing them in a solvent, and by volatilizing and distilling off the solvent, the surface solidifies without exhibiting stickiness. cannot be reversibly fixed.
  • Examples of the positive electrode active material include, but are not limited to, a composite oxide of lithium and a transition metal, a composite oxide containing two transition metal elements, and a composite oxide containing three or more metal elements. .
  • the positive electrode active material may be a coated positive electrode active material in which at least part of the surface is coated with a coating material containing a polymer compound. When the positive electrode active material is covered with the coating material, the volume change of the positive electrode is moderated, and the expansion of the positive electrode can be suppressed.
  • those described as active material coating resins in JP-A-2017-054703 and WO 2015/005117 can be suitably used.
  • the covering material may contain a conductive agent.
  • the conductive agent the same conductive filler as contained in the positive electrode current collector layer 31a can be preferably used.
  • the positive electrode active material layer 32a may contain an adhesive resin.
  • an adhesive resin for example, a non-aqueous secondary battery active material coating resin described in JP-A-2017-054703 is mixed with a small amount of an organic solvent to adjust its glass transition temperature to room temperature or lower. Also, those described as adhesives in JP-A-10-255805 can be preferably used.
  • adhesive resin is a resin that does not solidify even if the solvent component is volatilized and dried, and has adhesiveness (the property of adhering by applying a slight pressure without using water, solvent, heat, etc.) means
  • a solution-drying type electrode binder used as a binder is one that dries and solidifies by volatilizing a solvent component, thereby firmly adhering and fixing active materials to each other. Therefore, the binder (solution-drying type electrode binder) and the adhesive resin described above are different materials.
  • the positive electrode active material layer 32a may contain an electrolytic solution containing an electrolyte and a non-aqueous solvent.
  • electrolyte those used in known electrolytic solutions can be used.
  • non-aqueous solvent those used in known electrolytic solutions (eg, phosphate esters, nitrile compounds, mixtures thereof, etc.) can be used.
  • a mixture of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) or a mixture of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) can be used.
  • the positive electrode active material layer 32a may contain a conductive aid.
  • a conductive aid a conductive material similar to the conductive filler contained in the positive electrode current collector layer 31a can be preferably used.
  • the thickness of the positive electrode active material layer 32a is not particularly limited, it is preferably 150 to 600 ⁇ m, more preferably 200 to 450 ⁇ m, from the viewpoint of battery performance.
  • the negative electrode current collector that constitutes the negative electrode current collector layer 31b a material having the same structure as the positive electrode current collector can be appropriately selected and used, and can be obtained by the same method.
  • the negative electrode current collector layer 31b is preferably a resin current collector from the viewpoint of battery characteristics and the like.
  • the thickness of the negative electrode current collector layer 31b is not particularly limited, it is preferably 5 to 150 ⁇ m.
  • the negative electrode active material layer 32b is preferably a non-bonded mixture containing a negative electrode active material.
  • the reason why the negative electrode active material layer is preferably a non-binder, and the reason why the positive electrode active material layer 32a is preferably a non-binder is the method for obtaining the non-binder negative electrode active material layer 32b. , and the method for obtaining the positive electrode active material layer 32a which is a non-binder.
  • the negative electrode active material for example, a carbon-based material, a silicon-based material, a mixture thereof, or the like can be used, but is not particularly limited.
  • the negative electrode active material may be a coated negative electrode active material in which at least part of the surface is coated with a coating material containing a polymer compound. When the periphery of the negative electrode active material is covered with the coating material, the volume change of the negative electrode is moderated, and the expansion of the negative electrode can be suppressed.
  • the same coating material as that constituting the coated positive electrode active material can be suitably used.
  • the negative electrode active material layer 32b contains an electrolytic solution containing an electrolyte and a non-aqueous solvent.
  • an electrolytic solution similar to the electrolytic solution contained in the positive electrode active material layer 32a can be preferably used.
  • the negative electrode active material layer 32b may contain a conductive aid.
  • a conductive aid a conductive material similar to the conductive filler contained in the positive electrode active material layer 32a can be preferably used.
  • the negative electrode active material layer 32b may contain an adhesive resin.
  • the adhesive resin the same adhesive resin as an optional component of the positive electrode active material layer 32a can be preferably used.
  • the thickness of the negative electrode active material layer 32b is not particularly limited, it is preferably 150 to 600 ⁇ m, more preferably 200 to 450 ⁇ m, from the viewpoint of battery performance.
  • Examples of the electrolyte held in the separator 40 include an electrolytic solution and a gel polymer electrolyte. By using these electrolytes, the separator 40 ensures high lithium ion conductivity.
  • Examples of the form of the separator 40 include, but are not limited to, a porous film made of polyethylene or polypropylene.
  • As the separator a sulfide-based or oxide-based inorganic solid electrolyte, or a polymer-based organic solid electrolyte can be used. By applying a solid electrolyte, an all-solid battery can be constructed.
  • the material for the frame 50 is not particularly limited as long as it is a material that is durable against the electrolytic solution.
  • a polymer material is preferable, and a thermosetting polymer material is more preferable.
  • a material for forming the frame 50 any material having insulating properties, sealing properties (liquid-tightness), heat resistance under the battery operating temperature, etc. may be used, and a resin material is preferably employed.
  • examples of the frame 50 include epoxy-based resins, polyolefin-based resins, polyurethane-based resins, and polyvinylidene fluoride resins. Epoxy-based resins are preferred because of their high durability and ease of handling. preferable.
  • FIG. 1 manufactures the electrodes 30 described above.
  • This manufacturing apparatus 100 may be implemented by being incorporated into a battery manufacturing apparatus that manufactures the unit cells 10, for example.
  • the current collector 31A described below constitutes the current collector layer 31 (positive electrode current collector layer 31a, negative electrode current collector layer 31b) described above.
  • the active material 32A constitutes the electrode active material layer 32 (positive electrode active material layer 32a, negative electrode active material layer 32b) described above.
  • the electrode 30 when forming the electrode 30 by applying the powdery active material 32A to one surface of the current collector 31A, which is a base film, in atmospheric pressure, air remains inside the active material 32A. sometimes. If press molding is performed on the active material 32A in this state, the compressed air expands after the end of pressing, causing problems such as the active material 32A popping off and the surface of the active material 32A becoming uneven. phenomenon may occur.
  • the electrode 30 is formed by supplying the powdery active material 32A onto the strip-shaped current collector 31A in the inner IN of the chamber 110 whose pressure is reduced below the atmospheric pressure. It is configured for manufacturing.
  • the manufacturing apparatus 100 of the present embodiment suppresses air remaining inside the active material 32A, and improves the uniformity of the electrode active material layer 32 formed on the current collector layer 31.
  • a specific configuration of each part of the manufacturing apparatus 100 for realizing this will be described below.
  • the positive electrode 30a and the negative electrode 30b are composed of the current collector layer 31 (positive electrode current collector layer 31a, negative electrode current collector layer 31b), the electrode active material layer 32 (positive electrode active material layer 32a, Although there are differences in the material constituting the negative electrode active material layer 32b), there is no difference in that the electrode active material layer 32 is electrically coupled to one surface of the current collector layer 31, respectively. Therefore, even in the following description, when it is not necessary to distinguish between the manufacture of the "positive electrode 30a" and the manufacture of the "negative electrode 30b", the manufacture of the "electrode 30" will simply be described.
  • the manufacturing apparatus 100 includes a chamber 110, an active material supply device 120, and a roll press 130, as shown in FIG.
  • a part of the active material supplying device 120 and the roll press 130 constitute an electrode forming part 100A.
  • the electrode forming part 100A is a part of the manufacturing apparatus 100 that forms the electrode 30 by supplying the powdery active material 32A onto the current collector 31A.
  • the electrode active material layer 32 is formed by compressing the active material 32A to form the electrode 30 .
  • the electrode forming section 100A is provided under the reduced pressure environment inside IN of the chamber 110 .
  • the direction in which the current collector 31A is conveyed may be referred to as "conveyance direction D1".
  • the conveying direction D1 is typically substantially horizontal and corresponds to the longitudinal direction of the strip-shaped current collector 31A.
  • the active material supply device 120 and the roll press 130 are arranged in this order from the upstream side to the downstream side in the transport direction D1 in the chamber 110. As shown in FIG.
  • Chamber 110 is a container whose interior IN is reduced below atmospheric pressure.
  • the chamber 110 of this embodiment handles the powdery active material 32A inside IN.
  • the chamber 110 is partitioned into a cavity by a partition wall 111 and functions as a room in which the internal space IN can be kept in a state of being reduced in pressure below atmospheric pressure.
  • the pressure inside IN of the chamber 110 is reduced below atmospheric pressure by a decompression pump or the like.
  • the pressure inside IN of the chamber 110 may be any value as long as it is reduced below the atmospheric pressure. , may be adjusted to a high vacuum environment of 1 ⁇ 10 ⁇ 6 to 1 ⁇ 10 ⁇ 7 Pa, or an ultrahigh vacuum higher than that, or 10 ⁇ 8 to 10 ⁇ It may be an extremely high vacuum of 9 Pa level.
  • the standard atmospheric pressure is approximately 1013 hPa (approximately 10 5 Pa).
  • the chamber 110 accommodates the electrode forming portion 100A in the space of the internal IN.
  • a loading opening 112 is formed in a partition wall 111 of the chamber 110 .
  • the carry-in opening 112 is a substantially rectangular slit through which the strip-shaped current collector 31A can be carried (inserted) from the outside OU of the chamber 110 to the inside IN.
  • the carry-in opening 112 passes through the partition wall 111 along the transport direction D1 on the upstream side in the transport direction D1 and communicates the outside OU and the inside IN of the chamber 110 .
  • the carry-in opening 112 is formed in a size and shape that allows the current collector 31A to be carried from the outside OU to the inside IN while maintaining the reduced pressure environment inside the inside IN of the chamber 110 .
  • the belt-shaped collector 31A is continuously supplied and carried into the inner IN through the carry-in opening 112 while being pulled out from a collector roll 31R provided under the normal pressure of the outer OU of the chamber 110, for example. .
  • the current collector 31A carried into the inner IN of the chamber 110 is transported along the transport direction D1 by a conveyor, transport rollers, or the like, and is cut at appropriate timings during the manufacturing process of the electrode 30, thereby forming individual collectors. It becomes the electric body 31A.
  • the current collector 31 ⁇ /b>A carried into the inner IN of the chamber 110 is provided with the frame 50 in the inner IN of the chamber 110 .
  • the frame 50 may be provided on the current collector 31A at the front stage of the active material supply device 120 by a frame installation device or the like in the inner IN, or the active material supply device 120 and the roll press 130 may be installed. It may be provided on the current collector 31A between , or may be provided on the current collector 31A after the roll press .
  • FIGS. 2 and 3 illustrate the case where the frame 50 is provided on the current collector 31A at the front stage of the active material supply device 120.
  • the active material supply device 120 is a device that supplies the powdery active material 32A onto the strip-shaped current collector 31A. At least a portion of the active material supply device 120 is provided inside IN of the chamber 110, and together with the roll press 130, constitutes the electrode forming portion 100A. In the active material supply device 120, at least a supply port 120a (see FIG. 3) and a shutter unit 120b (see FIG. 3) are arranged inside IN of the chamber 110 to constitute an electrode forming section 100A. The active material supply device 120 supplies the powdery active material 32A from the supply port 120a onto the current collector 31A inside IN of the chamber 110 by operating the shutter unit 120b.
  • the roll press 130 is a device that fixes the active material 32A supplied onto the current collector 31A by the active material supply device 120 to the current collector 31A.
  • the roll press 130 is provided inside IN of the chamber 110, and constitutes the electrode forming section 100A together with a part of the active material supply device 120 (supply port 120a, shutter unit 120b, etc.) as described above.
  • the active material 32A is supplied in the above-described process, and the active material 32A placed on the conveyed current collector 31A is sandwiched together with the current collector 31A by a pair of rollers. press molding. Thereby, the roll press 130 fixes the active material 32A to the strip-shaped current collector 31A.
  • the manufacturing apparatus 100 configured as described above transports the current collector 31A loaded into the interior IN of the chamber 110 through the loading opening 112 to the electrode forming portion 100A side, and A powdery active material 32A is supplied from the supply port 120a of the active material supply device 120 to the body 31A. At this time, the manufacturing apparatus 100 adjusts opening/closing of the supply port 120a by the shutter unit 120b so that a desired amount of the active material 32A is supplied to the transported current collector 31A. Then, the manufacturing apparatus 100 conveys the current collector 31A to which the active material 32A is supplied to the roll press 130, press-moldes the active material 32A on the current collector 31A by the roll press 130, and presses the active material 32A. It is fixed on the strip-shaped current collector 31A.
  • the manufacturing apparatus 100 can form the electrodes 30 by appropriately cutting the strip-shaped current collector 31 ⁇ /b>A according to the intervals of the frame 50 .
  • the manufacturing apparatus 100 appropriately stacks the electrodes 30 (that is, the positive electrode 30a and the negative electrode 30b) formed by the above-described steps to produce the unit cell 10 or the assembled battery. You may perform the process of manufacturing, etc. continuously.
  • the manufacturing apparatus 100 of the present embodiment forms the electrodes 30 under the reduced pressure environment inside IN of the chamber 110 .
  • the manufacturing apparatus 100 of the present embodiment can prevent air from remaining inside the powdery active material 32A after supplying the powdery active material 32A to the current collector 31A. Then, the active material 32A can be fixed to the current collector 31A.
  • the manufacturing apparatus 100 suppresses phenomena such as the active material 32A popping off and the surface of the active material 32A becoming uneven due to residual air after the end of pressing by the roll press 130. can do.
  • the electrode 30 used in a lithium-ion battery tends to exhibit more stable battery performance by uniformly forming the electrode active material layer 32 containing the active material 32A supplied on the current collector 31A. Therefore, as described above, the manufacturing apparatus 100 of the present embodiment suppresses inclusion of air in the electrode active material layer 32 and manufactures the electrode 30 in which the uniformity of the electrode active material layer 32 is improved. Therefore, it is possible to manufacture the cell 10 that can exhibit more stable performance.
  • the manufacturing apparatus 100 includes a metal foil layer 140, a charging device 141, and an exhaust device 142, as shown in FIGS.
  • the configuration as an active material processing apparatus for recovering the active material 32A scattered in the inner IN of the is realized.
  • the metal foil layer 140 is a film that is insulated from the inner surface 111a of the partition wall 111 of the chamber 110 and covers the inner surface 111a.
  • the metal foil layer 140 is formed by layering a conductive metal foil on the inner surface 111a of the chamber 110 with an insulating layer 140a interposed therebetween.
  • Metal foil layer 140 typically covers the entire inner surface 111a.
  • the material forming the metal foil layer 140 is typically a metal material that can be charged to substantially the same potential (same polarity) as the microparticles of the active material 32A, such as copper, aluminum, nickel, stainless steel, and these metals.
  • the metal foil layer 140 may be formed by attaching a thin plate or metal foil to the inner surface 111a of the chamber 110, or may be formed by applying the metal material to the inner surface 111a by sputtering, electrodeposition, coating, or the like. may
  • the charging device 141 is a device that is provided inside IN of the chamber 110 and charges the particles of the active material 32A in the air inside IN of the chamber 110 and the metal foil layer 140 .
  • a known charging gun or the like can be used as the charging device 141 .
  • the charging device 141 generates high-voltage static electricity to cause corona discharge to the particles of the active material 32A in the air inside IN of the chamber 110 and the metal foil layer 140, thereby charging the particles of the active material 32A and , charges the metal foil layer 140 to the same polarity.
  • the particles of the active material 32A in the air in the interior IN of the chamber 110 include, for example, fine particles of the active material 32A scattered along with the formation of the electrode 30 in the electrode forming portion 100A, and the carrying-in opening 112. Also included are microparticles of the active material 32A that enter the internal IN from the external OU of the chamber 110 through the microparticles.
  • a plurality of charging devices 141 of this embodiment are provided inside IN of the chamber 110 . It is preferable that the charging devices 141 are evenly arranged in the inner IN of the chamber 110 .
  • one charging device 141 is provided on the upstream side of the active material supply device 120, one between the active material supply device 120 and the roll press 130, and one on the downstream side of the roll press 130 with respect to the transport direction D1. 1, a total of 3 are provided. Note that the number of charging devices 141 is not limited to this.
  • the exhaust device 142 is a device that exhausts the air inside IN of the chamber 110 .
  • the evacuation device 142 may be, for example, a decompression pump that decompresses the interior IN of the chamber 110 (that is, may also be used as a decompression pump), or may be an evacuation device separate from the decompression pump.
  • the exhaust device 142 typically exhausts the air inside IN of the chamber 110 as well as the fine particles of the active material 32A in the air to the outside OU of the chamber 110 .
  • the exhaust device 142 has a suction port 142a, an exhaust pipe 142b, and a suction source 142c.
  • the suction port 142 a is an opening for sucking the air inside IN of the chamber 110 .
  • the suction port 142a is formed in the partition wall 111 of the chamber 110 and opens toward the interior IN.
  • the suction port 142a is formed on the end surface of the partition wall 111 of the chamber 110 on the most downstream side in the transport direction D1, that is, on the end surface opposite to the side where the loading opening 112 is formed.
  • the suction port portion 142 a penetrates the partition wall 111 and communicates the outside OU and the inside IN of the chamber 110 .
  • the exhaust pipe 142b is a pipe that constitutes an exhaust flow path for exhausting the air sucked from the suction port 142a in the interior IN of the chamber 110 and the microparticles of the active material 32A to the exterior OU of the chamber 110. .
  • One end of the exhaust pipe 142b is connected to the suction port 142a, and the other end is led out from the chamber 110 and opened to the external OU.
  • the suction source 142c is a device that serves as a source for sucking the air inside IN from the suction port 142a.
  • the suction source 142c is provided on the exhaust pipe 142b in the external OU of the chamber 110 .
  • the suction source 142c is configured by, for example, a suction pump.
  • the suction source 142c may typically suction with a negative pressure greater than the negative pressure required to depressurize the interior IN of the chamber 110 below atmospheric pressure. It may also be used as a suction source for decompressing the IN.
  • the exhaust device 142 configured as described above sucks the air inside IN of the chamber 110 through the suction port 142a by driving the suction source 142c. At this time, the exhaust device 142 also sucks and collects fine particles of the active material 32A floating in the air from the suction port 142a together with the air, and exhausts them to the outside OU of the chamber 110 through the exhaust pipe 142b.
  • the exhaust device 142 may have a filter device that removes fine particles of the active material 32A from the air on the exhaust pipe 142b and upstream of the suction source 142c in the exhaust direction. In this case, the exhaust device 142 removes microparticles of the active material 32A from the air by the filter device when exhausting the air sucked from the suction port portion 142a to the external OU through the exhaust pipe 142b. exhaust to
  • the carrying-in opening 112 for carrying the current collector 31A into the inner IN of the chamber 110 is an intake opening through which air (outside air) can be introduced from the outer OU to the inner IN. also functions as The manufacturing apparatus 100 sucks some air into the inner IN through the carry-in opening 112 due to the negative pressure of the inner IN while maintaining the reduced pressure environment of the inner IN of the chamber 110 .
  • the manufacturing apparatus 100 of the present embodiment further includes a guide member 143 provided inside IN of the chamber 110 to guide the flow of the particles of the active material 32A toward the metal foil layer 140 side.
  • the guide member 143 is provided adjacent to the charging device 141 .
  • One guide member 143 is provided for each charging device 141, and a total of three guide members 143 are provided.
  • Each guide member 143 is positioned adjacent to each charging device 141 on the upstream side in the transport direction D1.
  • the guide member 143 includes an intervening portion 143a and a curved portion 143b, which are integrally formed.
  • the intervening portion 143a is formed in a plate shape along the transport direction D1 and intervenes between the current collector 31A and the charging device 141 transported along the transport direction D1.
  • the curved portion 143b protrudes from the upstream end of the intermediate portion 143a in the conveying direction D1 in a direction intersecting the conveying direction D1 and has a curved surface that curves toward the metal foil layer 140 side. be.
  • the guide member 143 regulates the flow of the particles of the active material 32A charged by the charging device 141 toward the charging device 141, and prevents the particles from moving toward the metal foil layer 140 (typically crossing the conveying direction D1). direction away from the current collector 31A).
  • the manufacturing method of the electrode 30 (battery electrode manufacturing method) will be described with reference to the flow chart of FIG.
  • the manufacturing method of the electrode 30 described below is described as being performed by the manufacturing apparatus 100 .
  • the manufacturing method of the electrode 30 includes an active material processing method, and more specifically includes an electrode forming step (step S1), a charging step (step S2), and an exhausting step (step S3).
  • step S1 an electrode forming step
  • step S2 a charging step
  • step S3 an exhausting step
  • the manufacturing apparatus 100 forms the electrode 30 by supplying the powdery active material 32A onto the current collector 31A in the electrode forming section 100A inside the chamber 110 (step S1).
  • the manufacturing apparatus 100 supplies a desired amount of the active material 32A to the current collector 31A by the shutter unit 120b, and fixes the active material 32A on the current collector 31A by the roll press 130 to form the electrode 30. do.
  • the manufacturing apparatus 100 performs the above processing on the current collector 31A carried into the interior IN of the chamber 110 through the carry-in opening 112, and sequentially forms the electrodes 30.
  • the manufacturing apparatus 100 is insulated from the particles of the active material 32A in the air inside IN of the chamber 110 and the inner surface 111a of the chamber 110 by the charging device 141 as a charging step.
  • the metal foil layer 140 covering is charged (step S2).
  • the manufacturing apparatus 100 can be used to control the microparticles of the active material 32A that have scattered along with the formation of the electrode 30 in the electrode forming portion 100A and the microparticles of the active material 32A that have entered the interior IN of the chamber 110 through the loading opening 112.
  • the particles of the active material 32A and the metal foil layer 140 are charged to the same polarity.
  • the particles of the active material 32A in the air of the internal IN do not adhere to the inner surface 111a of the partition wall 111 of the chamber 110 and float in the air of the internal IN.
  • the manufacturing apparatus 100 exhausts the air inside IN of the chamber 110 by the exhaust device 142 as an exhaust process (step S3). At this time, the manufacturing apparatus 100 also sucks and collects fine particles of the active material 32A, which are suspended in the air of the internal IN due to being charged by the charging device 141, from the suction port 142a together with the air. 142b to the outside OU of the chamber 110;
  • the manufacturing apparatus 100, the manufacturing method, and the active material treatment method described above charge the particles of the active material 32A in the air inside IN of the chamber 110 and the metal foil layer 140 covering the inner surface 111a of the chamber 110. They can be charged to the same polarity by device 141 . As a result, since the manufacturing apparatus 100 can repel the particles of the active material 32A and the metal foil layer 140 handled in the inner IN of the chamber 110, the particles of the active material 32A are prevented from adhering to the inner surface 111a of the chamber 110. can be suppressed.
  • the manufacturing apparatus 100 exhausts the particles of the active material 32A floating in the air of the internal IN without adhering to the inner surface 111a of the chamber 110 to the external OU together with the air by the exhaust device 142 and recovers them. can be done. As a result, the manufacturing apparatus 100, the manufacturing method, and the active material processing method can properly recover the active material 32A scattered inside IN of the chamber 110.
  • FIG. 1
  • the manufacturing apparatus 100 does not need to stop the manufacturing apparatus 100 to clean the inner surface 111a of the chamber 110, for example, and collects the active material 32A scattered in the internal IN while the manufacturing apparatus 100 is in operation. Therefore, the manufacturing efficiency of the electrodes 30 can be improved.
  • the manufacturing apparatus 100, the manufacturing method, and the active material processing method described above have the internal IN of the chamber 110 reduced in pressure below the atmospheric pressure, and the loading opening through which air can be introduced from the external OU to the internal IN. 112 is provided.
  • the manufacturing apparatus 100 can take the air used when recovering the active material 32A into the internal IN from the loading opening 112 using the negative pressure of the internal IN of the chamber 110 .
  • the manufacturing apparatus 100, the manufacturing method, and the active material processing method can recover the active material 32A in the air by utilizing the air effectively taken into the internal IN through the carry-in opening 112. .
  • the manufacturing apparatus 100, the manufacturing method, and the active material processing method described above are applied to the inner IN of the chamber 110, the active material scattered in the air of the inner IN when the electrode 30 is manufactured by the electrode forming section 100A.
  • Microparticles of substance 32A can be sucked into an external OU along with air and collected.
  • the manufacturing apparatus 100 can be used in the inner IN of the chamber 110. Proper cleanliness can be ensured.
  • the manufacturing apparatus 100, the manufacturing method, and the active material processing method can manufacture the electrode 30 in an environment in which cleanliness is appropriately ensured. can do.
  • the manufacturing apparatus 100 the manufacturing method, and the active material processing method described above, the flow of particles of the active material 32A charged by the charging device 141 is guided toward the metal foil layer 140 by the guide member 143.
  • the manufacturing apparatus 100 makes it easier for the particles of the active material 32A guided toward the metal foil layer 140 to be exhausted by the exhaust device 142 while floating in the air without adhering to the inner surface 111a. be able to.
  • the manufacturing apparatus 100, the manufacturing method, and the active material processing method can more efficiently recover the active material 32A scattered inside IN of the chamber 110.
  • the battery electrode when manufacturing the battery electrode (electrode 30) as in the above-described embodiment, the battery electrode may be molded with air bubbles remaining in the active material layer (active material 32A). If air bubbles remain in the active material layer, when the active material layer formed on the current collector (on the current collector 31A) is compressed, the active material may pop off or unevenness may be formed on the surface of the active material. There is a risk that problems may occur. In addition, if air bubbles remain in the active material layer, it becomes difficult to uniformly form the active material layer inside the frame 50. As a result, the current collector is placed on the surface of the active material layer to operate the battery. Problems may also occur when adopting the manufacturing process.
  • the active material supply device 120 may be configured as illustrated in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of an active material supply device included in the battery electrode manufacturing apparatus.
  • the pre-degassed active material 32A is sent to the supply device 121 that constitutes a part of the active material supply device 120 .
  • the active material 32A is deaerated by the deaerator 300.
  • FIG. Tank 122 stores active material 32A deaerated by deaerator 300 .
  • the supply device 121 is arranged inside IN of the chamber 110, and supplies the active material 32A (degassed active material 32A) sent from the tank 122 to the current collector 31A, which is an example of the base film.
  • the active material supply device 120 is composed of a tank 122 and a supply device 121 .
  • the previously degassed active material 32A is simply referred to as "degassed active material 32v.”
  • the degassing the active material 32A before supplying the active material 32A to the supply device 121 it is possible to remove unnecessary impurities from the active material before supplying the active material to the current collector 31A, which is an example of a base film. It is possible to suppress the mixture of gas and air. As a result, for example, when the base film is the current collector 31A, the degassed active material 32v is applied to the current collector 31A, so that the positive electrode active material layer 32a formed on the current collector 31A Also, the generation of air bubbles in the negative electrode active material layer 32b is suppressed, and the uniformity of the active material layer is improved.
  • the battery electrode manufacturing apparatus 100 performs both the steps of applying the active material 31A and press molding by the roll press 130 inside IN of the chamber 110 which is decompressed.
  • the active material 32A is supplied to the current collector 31A, which is an example of a base film, it is possible to prevent unnecessary gas and air from being mixed in the degassed active material 32v.
  • the generation of air bubbles in the active material layer formed on the current collector can be further suppressed, and the uniformity of the active material layer can be further improved.
  • the supply device 121 may supply the active material 32A to the transfer film.
  • the active material 32A transferred to the transfer film is transferred to the current collector 31A.
  • the degassed active material 32v is transferred from the transfer film to the current collector 31A, and air bubbles are formed in the positive electrode active material layer 32a and the negative electrode active material layer 32b formed on the current collector 31A. is suppressed, and the uniformity of the active material layer is improved.
  • FIG. 6 is a diagram showing a detailed configuration example of the active material supply device shown in FIG. As shown in FIG. 6 , the battery electrode manufacturing apparatus 100 has a replenishment mechanism 200 .
  • the supply mechanism 200 is a mechanism for sending the degassed active material 32v to the supply device 121 .
  • the supply mechanism 200 includes a pressure-resistant container 201 and a tank 122 .
  • the inside of the tank 122 may be decompressed below atmospheric pressure by a decompression pump.
  • the tank 122 has a receiving port 123 for receiving the degassed active material 32v.
  • the illustrated receiving port 123 is located at the top of the tank 122 .
  • the receiving port 123 communicates the internal space and the external space of the tank 122 .
  • the pressure-resistant container 201 is a container having a rigidity capable of maintaining a hollow shape while the inside is decompressed.
  • the pressure-resistant container 201 is attached to the receiving port 123 .
  • a sealing member that airtightly seals between the pressure-resistant container 201 and the tank 122 is arranged in the receiving port 123 .
  • the inside of the pressure-resistant container 201 is maintained at a pressure lower than the atmospheric pressure, and contains the degassed active material 32v.
  • the pressure-resistant container 201 is attached to the tank 122 with the opening facing downward.
  • the degassed active material 32v is sent to the tank 122 through the opening of the pressure-resistant container 201.
  • the degassed active material 32v drops into the tank 122 by its own weight, for example.
  • the degassed active material 32v may move from the pressure container 201 to the tank 122 due to the pressure difference between the internal pressure of the pressure container 201 and the internal pressure of the tank 122 .
  • the supply device 121 supplies the active material 32A sent from the tank 122 to the current collector 31A, which is a strip-shaped base film. That is, the active material 32A applied to the current collector 31A is the degassed active material 32v.
  • the supply device 120 operates the shutter unit 120b (see FIG. 3) so that the active material 32v degassed from the supply port 120a (see FIG. 3) onto the current collector 31A in the inner IN of the chamber 110. supply.
  • the degassed active material 32v has enough gas removed so that no gas such as air remains inside. Therefore, even if the positive electrode active material layer 32a and the negative electrode active material layer 32b after pressing are placed under normal pressure, the generation of air bubbles in the active material layers 32a and 32b formed on the current collector is suppressed. Uniformity of the active material layers 32a and 32b is improved. Also, the degassed active material 32v is less likely to crack or the like during press molding. Therefore, the battery electrode manufacturing apparatus 100 according to the present embodiment can improve the performance of the lithium ion cell (cell 10) and improve the reliability of the lithium ion cell (cell 10). .
  • FIG. 7 is a diagram showing the degassing device shown in FIG.
  • a degassing device 300 shown in FIG. 7 is a device for removing the gas inside the active material 32A.
  • the degassing device 300 includes a pump 301 , a nozzle 302 and a pressure vessel 201 .
  • Nozzle 302 is fixed to opening 202 of pressure vessel 201 .
  • the pump 301 is connected to the nozzle 302 and sucks the gas inside the pressure container 201 .
  • the nozzle 302 is attached to the pressure-resistant container 201 filled with the active material 32A in advance.
  • the active material 32A filled in the pressure-resistant container 201 is prepared by stirring materials.
  • the degassing device 300 reduces the internal pressure of the pressure-resistant container 201 to a first pressure PA1 that is lower than the atmospheric pressure.
  • the first pressure PA1 is, for example, a pressure equivalent to the internal pressure PB1 of the tank 122 .
  • the first pressure PA1 may be equal to the internal pressure PC1 of the chamber 110 .
  • the first pressure PA1 may be higher than the internal pressures PB1 and PC1.
  • the deaerator 300 removes gas inside the active material 32A by placing the active material 32A under reduced pressure.
  • the deaerator 300 maintains the internal pressure of the pressure-resistant container 201 at the first pressure PA1 so as to sufficiently purge the gas contained inside the active material 32A.
  • the degassing time is, for example, several hours.
  • Fig. 8 is a diagram of a sealed pressure vessel.
  • the opening 202 of the pressure-resistant container 201 is closed with the stopper 203 as shown in FIG.
  • the stopper 203 seals the opening 202 and encloses the degassed active material 32v inside the pressure-resistant container 201 .
  • the pressure vessel 201 is transported to the tank 122 in a sealed state and attached to the tank 122 as shown in FIG.
  • the opening 202 is opened, for example, after the pressure container 201 has been completely attached to the tank 122 .
  • the pressure container 201 is removed from the tank 122.
  • a filling step of filling the prepared active material 32A and a degassing step of degassing the active material 32A are performed on the detached pressure container 201 .
  • the battery electrode manufacturing apparatus 100 may have a plurality of pressure-resistant containers 201 . In this case, while one pressure vessel 201 is attached to the tank 122, the filling process and the degassing process are performed for another pressure vessel 201. FIG.
  • the battery electrode manufacturing method described above includes a removing step, a sending step, and a supplying step as electrode forming steps.
  • the deaerator 300 removes the gas inside the active material 32A by placing the powdery active material 32A under reduced pressure. By degassing the active material 32A before supplying the active material 32A to the supply device 121, the active material 32A is mixed with unnecessary gas and air before the active material is supplied to the current collector 31A. can be suppressed.
  • the supply mechanism 200 sends the degassed active material 32v to the supply device 121 arranged inside the chamber 110 .
  • the supply device 121 supplies the degassed active material 32v to the current collector 31A, which is an example of a strip-shaped base film.
  • the base film to which the degassed active material 32v is supplied is not limited to the current collector 31A, and may be a separator or a transfer film. That is, the supply device 121 may directly supply the active material to the current collector 31A, or may indirectly supply the active material to the current collector 31A via a separator or a transfer film.
  • the battery electrode manufacturing method described above by supplying the degassed active material 32v to the current collector 31A, which is an example of a base film, the active material layers 32a and 32b are formed on the current collector. Therefore, the uniformity of the active material layers 32a and 32b can be improved.
  • the battery electrode manufacturing apparatus 100 described above has a tank 122 , a chamber 110 and a supply device 121 .
  • the tank 122 stores the degassed active material 32v.
  • the chamber 110 is a room whose internal space (internal IN) is evacuated below atmospheric pressure.
  • the supply device 121 is arranged inside IN of the chamber 110, and supplies the active material 32A (32v) sent from the tank 122 to the current collector 31A, which is an example of a strip-shaped base film.
  • the degassed active material 32v to the current collector 31A by supplying the degassed active material 32v to the current collector 31A, the generation of air bubbles in the active material layers 32a and 32b formed on the current collector can be prevented. can be suppressed, and the uniformity of the active material layers 32a and 32b can be improved.
  • the active material supply device 120 is composed of the tank 122 and the supply device 121 has been described above.
  • the supply device 121 can supply the degassed active material 32v to the base film (current collector 31A, transfer film, etc.)
  • the active material supply device 120 may not include the tank 122.
  • the battery electrode manufacturing method for supplying the deaerated active material 32v may be performed by a battery electrode manufacturing system (active material supply system) having the supply device 121, the tank 122, and the degassing device 300. good.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a first modification of the degassing device.
  • the difference from the degassing device 300 described above is that the degassing device 400 prepares the active material 32A under reduced pressure.
  • the deaerator 400 deaerates the active material 32A while mixing the active material 32A under reduced pressure.
  • the degassing device 400 has a pump 406 , a blending tank 401 and an agitator 402 .
  • the mixing tank 401 is a container having pressure resistance performance similar to that of the pressure container 201 described above.
  • the compounding tank 401 has supply paths 401a and 401b. Materials M1 and M2 of the active material 32A are supplied to the interior of the mixing tank 401 via supply paths 401a and 401b, respectively.
  • the pump 406 sucks the gas inside the mixing tank 401 . That is, the pressure inside the mixing tank 401 is reduced to a pressure lower than the atmospheric pressure by the pump 406 .
  • the stirrer 402 has a motor 403 , stirring blades 404 and a rotating shaft 405 .
  • a stirring blade 404 is arranged inside the mixing tank 401 .
  • the motor 403 is arranged outside the compounding tank 401 .
  • a rotating shaft 405 penetrates the bottom wall of the mixing tank 401 and connects the motor 403 and the stirring blade 404 .
  • Degassing device 400 rotates stirring blade 404 to stir materials M1 and M2 and perform preparation such as surface treatment of active material 32A.
  • the degassing device 400 degasses the active material 32A inside the mixing tank 401 to produce the degassed active material 32v. That is, the degassing device 400 simultaneously performs the blending process and the degassing process by blending the active material 32A under reduced pressure.
  • the degassed active material 32v is supplied to the tank 122 of the battery electrode manufacturing apparatus 100.
  • compounding tank 401 may be attached to tank 122 .
  • the preparation tank 401 is provided with an opening connected to the tank 122 .
  • the opening of the compounding tank 401 is closed with a plug.
  • the degassed active material 32v may be transferred from the preparation tank 401 to the pressure-resistant container 201 under a reduced pressure environment.
  • the pressure-resistant container 201 is attached to the tank 122 in the same manner as the degassing device 300 described above.
  • the compounding tank 401 may be connected to the tank 122 via a pipe or the like.
  • the degassed active material 32v is sent from the mixing tank 401 to the tank 122 via a pipe or the like.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a second modification of the degassing device.
  • a degassing device 500 according to the second modification has a pump 510 , a first degassing tank 501 , a second degassing tank 502 and a third degassing tank 503 .
  • the first degassing tank 501, the second degassing tank 502, and the third degassing tank 503 are containers having pressure resistance performance.
  • the first degassing tank 501 is connected to the tank 122 via a first passage 504.
  • a valve 504 a that opens and closes the first passage 504 is provided in the first passage 504 .
  • the first degassing tank 501 is connected to a pump 510 via a first suction path 507 .
  • the first suction path 507 is provided with a valve 507 a for opening and closing the first suction path 507 .
  • the second degassing tank 502 is connected to the tank 122 via a second passage 505.
  • a valve 505 a that opens and closes the second passage 505 is provided in the second passage 505 .
  • the second degassing tank 502 is connected to a pump 510 via a second suction passage 508 .
  • the second suction path 508 is provided with a valve 508a for opening and closing the second suction path 508 .
  • the third degassing tank 503 is connected to the tank 122 via a third passage 506.
  • a valve 506 a for opening and closing the third passage 506 is provided in the third passage 506 .
  • the third degassing tank 503 is connected to the pump 510 via the third suction path 509 .
  • the third suction path 509 is provided with a valve 509 a for opening and closing the third suction path 99 .
  • the first degassing tank 501, the second degassing tank 502, and the third degassing tank 503 are each filled with the active material 32A.
  • the active material 32A to be filled is prepared by surface treatment or the like.
  • the degassing tank is connected to the pump 510 and disconnected from the tank 122 when the active material 32A is degassed.
  • the degassing process is performed in the first degassing tank 501 and the second degassing tank 502 .
  • valves 507a and 508a are opened and valves 504a and 505a are closed.
  • the pump 510 sucks the gas inside the first degassing tank 501 and the second degassing tank 502 . Therefore, the active material 32A stored in the first degassing tank 501 and the second degassing tank 502 is put under reduced pressure, and the gas inside the active material 32A is removed.
  • FIG. 10 shows the third degassing tank 503 after the degassing process is completed.
  • the degassing tank is connected to the tank 122 and disconnected from the pump 510.
  • FIG. 10 the step of sending the degassed active material 32v to the tank 122 is performed in the third degassing tank 503 .
  • valve 506a is opened and valve 509a is closed. Therefore, the deaerated active material 32v moves from the third deaeration tank 503 to the tank 122 by its own weight, for example.
  • the valve 506a is closed. After that, the active material 32A is replenished in the third degassing tank 503, and the degassing process is performed in the third degassing tank 503.
  • the degassing step is performed in the third degassing tank 503 , the degassed active material 32 v is sent from the first degassing tank 501 or the second degassing tank 502 to the tank 122 .
  • the degassing step and the step of sending the active material 25 from which the gas has been removed to the tank 6 are performed. , are executed alternately.
  • the number of deaeration tanks included in the deaeration device 500 is not limited to three.
  • the degassing device 500 may have two degassing tanks, or may have four or more degassing tanks.
  • the electrode forming section 100A forms the electrode 30 by supplying the powdery active material 32A directly to one surface of the current collector 31A as a base film.
  • the electrode forming unit 100A supplies the active material 32A to a transfer film, which is a base film different from the current collector 31A, and fixes the active material 32A to the transfer film.
  • the electrode 30 may be formed by transferring and fixing 32A onto one surface of the current collector 31A.
  • the electrode forming portion 100A may include a transfer portion for transferring the active material 32A from the transfer film to the current collector 31A.
  • the base film may be the separator 40 . That is, the current collector 31A, the separator 40, or the transfer film can be used as the base film.
  • the base film is, for example, a transfer film
  • the active material layer (electrode composition layer) formed on the film as described above is transferred onto the current collector, for example, for a lithium ion battery electrodes can be obtained.
  • the frame 50 is provided on the current collector 31A inside IN of the chamber 110, but is not limited to this, and may be provided outside OU.
  • the frame 50 may be provided on the current collector 31A in front of the carry-in opening 112 by a frame installation device or the like in the external OU.
  • the strip-shaped current collector 31A is carried into the inner IN through the carry-in opening 112 with the frame 50 attached in front of the carry-in opening 112 .
  • the carrying-in opening 112 is formed in a size and shape that allows the current collector 31A and the frame 50 to be carried together from the external OU to the internal IN while maintaining the reduced-pressure environment of the internal IN of the chamber 110. I wish I could.
  • the frame 50 may be provided on the current collector 31A between the supply mechanism 121 and the roll press 130 by, for example, a frame installation device or the like. It may be provided on the current collector 31A in the external OU.
  • the active material processing apparatus, the battery electrode manufacturing apparatus, the active material processing method, or the battery electrode manufacturing method according to the present embodiment may not include the frame installation apparatus or the frame installation step.
  • the frame 50 may be arranged on the current collector 31A to which the electrode composition layer has been transferred, or on the current collector 31A before the electrode composition layer has been transferred.
  • the strip-shaped current collector 31A is, for example, pulled out from the current collector roll 31R provided under normal pressure in the outside OU of the chamber 110 and carried into the inside IN through the carry-in opening 112.
  • the current collector roll 31 ⁇ /b>R is provided under reduced pressure inside IN of the chamber 110
  • the current collector roll 31 ⁇ /b>R may be pulled out.
  • the entirety of the active material supply device 120 may be provided inside IN of the chamber 110 .
  • the manufacturing apparatus 100 is described assuming that the carry-in opening 112 also functions as an intake opening through which air (outside air) can be introduced from the external OU to the internal IN, but the present invention is not limited to this.
  • the intake opening of chamber 110 may be provided separately from loading opening 112 .
  • the manufacturing apparatus 100 has been described as having the guide member 143, but the configuration without the guide member 143 is also possible.
  • the chamber 110 is described as one in which the pressure inside IN is lower than the atmospheric pressure, but the present invention is not limited to this.
  • a plurality of charging devices 141 are provided in the arrangement illustrated in FIGS. 2 and 3, but the present invention is not limited to this.
  • one charging device 141 may be used as long as it covers the entire space of the interior IN of the chamber 110 .
  • the charging device 141 may set the inner IN of the chamber 110 as a region for charging the particles of the active material 32A and a region for charging the metal foil layer 140 (in other words, electrically charging the charged particles of the active material 32A).
  • each area may be individually provided.
  • the operation of each charging device 141 is individually controlled according to the state of each region, so that the particles of the active material 32A and the metal foil layer 140 have the same polarity (preferably, the same potential). ⁇ You may electrify to the same electric charge).
  • the manufacturing apparatus 100 controls the dust collection route by charging the particles of the active material 32A and the metal foil layer 140 to the same polarity (preferably, the same potential and the same charge) as the guide member 143 described above.
  • a dust collection route forming plate may be provided in the inner IN.
  • the active material processing apparatus is applied to the manufacturing apparatus (battery electrode manufacturing apparatus) 100 in which the electrode forming portion 100A is accommodated in the inner IN of the chamber 110.
  • the present invention is not limited to this. It may be applied to other devices that do not include the formation unit 100A and handle the powdery active material 32A inside the chamber 110 IN.
  • the pre-degassed active material 32A is supplied to the base film in an environment where the charging process and the exhaust process are performed by the active material recovery structure described with reference to FIGS.
  • the process of supplying the pre-degassed active material 32A to the base film may be performed in an environment in which the charging process and the exhaust process are not performed.
  • the active material processing apparatus, the battery electrode manufacturing apparatus, the active material processing method, and the battery electrode manufacturing method according to the present embodiment are configured by appropriately combining the constituent elements of the embodiments and modifications described above. good too.

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Abstract

活物質処理装置(100)は、内部(IN)で粉体状の活物質(32A)を扱うチャンバー(110)と、チャンバー(110)の内面(111a)に対して絶縁されて設けられ当該内面(111a)を覆う金属箔層(140)と、チャンバー(110)の内部(IN)に設けられ、当該チャンバー(110)の内部(IN)の空気中の活物質(32A)の粒子、及び、金属箔層(140)を同じ極性に帯電させる帯電装置(141)と、チャンバー(110)の内部(IN)の空気を排気する排気装置(142)とを備える。

Description

活物質処理装置、電池用電極製造装置、活物質処理方法、及び、電池用電極製造方法
 本発明は、活物質処理装置、電池用電極製造装置、活物質処理方法、及び、電池用電極製造方法に関する。
 例えば、特許文献1には、マシニングセンターの集塵装置が開示されている。この集塵装置は、テーブルの摺動部を全体的に覆う飛散防止用全体カバーを備え、この全体カバーにより砥粒や粉塵の外部への飛散を防止する。また、例えば、特許文献2には、直動機構が開示されている。この直動機構は、可動部を覆う第1のカバーと、第1のカバーとオーバーラップする構造を有する第2のカバーとを備え、飛沫や粉塵が飛散している環境に設置されたときにも、可動部への飛沫や粉塵の浸入が防止される。
実開平05-037439号公報 特開2012-149691号公報
 ところで、近年注目されているリチウムイオン電池は、一般に、集電体の表面に活物質層が形成された複数の電極を、セパレータを介して積層させることで構成される。このようなリチウムイオン電池用の電極を、例えば、チャンバー内において、集電体の上に粉体状の活物質を供給し定着させることで製造するという考え方がある。この場合に、電極の製造に伴って内部で活物質の微小粒子が飛散することで、当該活物質の微小粒子がチャンバーの内面に付着してしまうおそれがある。これに対して、例えば、チャンバーの内部に飛散した活物質の微小粒子を回収する場合、上述の特許文献1や特許文献2に開示された技術が適した構成であるとは言えず、更なる改善の余地がある。
 本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、チャンバーの内部に飛散した活物質を適正に回収することができる活物質処理装置、電池用電極製造装置、活物質処理方法、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、本発明に係る活物質処理装置は、内部で粉体状の活物質を扱うチャンバーと、前記チャンバーの内面に対して絶縁されて設けられ当該内面を覆う金属箔層と、前記チャンバーの内部に設けられ、当該チャンバーの内部の空気中の前記活物質の粒子、及び、前記金属箔層を同じ極性に帯電させる帯電装置と、前記チャンバーの内部の空気を排気する排気装置とを備える。
 本発明に係る活物質処理装置、電池用電極製造装置、活物質処理方法、及び、電池用電極製造方法は、チャンバーの内部に飛散した活物質を適正に回収することができる、という効果を奏する。
図1は、実施形態に係る単電池の概略構成を表す模式的な断面図である。 図2は、実施形態に係る製造装置の概略構成を表す模式的なブロック図である。 図3は、実施形態に係る製造装置の概略構成を表す模式的な部分断面図である。 図4は、実施形態に係る製造方法を表すフローチャートである。 図5は、電池用電極製造装置が有する活物質供給装置の構成例を示す図である。 図6は、図5に示す活物質供給装置の詳細構成例を示す図である。 図7は、図5に示す脱気装置を示す図である。 図8は、密閉された耐圧容器の図である。 図9は、脱気装置の第1変形例を説明するための図である。 図10は、脱気装置の第2変形例を説明するための図である。
 以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
[実施形態]
 図2に示す本実施形態に係る製造装置100は、図1に示す単電池10に適用される電極30を製造するための電池用電極製造装置である。以下では、まず、図1を参照して単電池10、電極30の基本的な構成について説明した後、図2等を参照して製造装置100について詳細に説明する。
<単電池>
 図1に示す本実施形態の単電池(電池セル、単セルともいう。)10は、二次電池である。なお、以下の説明では、「正極30a」と「負極30b」とを特に区別して説明する必要がない場合には、単に「電極30」という場合がある。なお、本明細書におけるリチウムイオン電池(電池セル、単セル、単電池ユニット)は、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間のリチウムイオンの移動により充放電が行われる二次電池をいう。当該リチウムイオン電池(二次電池)は、電解質に液体材料を使用した電池を含み、電解質に固体材料を使用した電池(いわゆる全固体電池)を含む。また本実施形態におけるリチウムイオン電池は、集電体として金属箔(金属集電箔)を有する電池を含み、金属箔に代わって導電性材料が添加された樹脂から構成される、いわゆる樹脂集電体を有する電池を含む。当該樹脂集電体を、後述するバイポーラ電極用樹脂集電体として用いる場合には、当該樹脂集電体の一方の面に正極を形成し、もう一方の面に負極を形成して双極型電極を構成したものであってもよい。なお、本実施形態におけるリチウムイオン電池は、バインダを用いて正極または負極活物質等を正極用または負極用集電体にそれぞれ塗布して電極を構成したものを含み、双極型の電池の場合には、集電体の一方の面にバインダを用いて正極活物質等を塗布して正極層を、反対側の面にバインダを用いて負極活物質等を塗布して負極層を有する双極型電極を構成したものを含む。
 単電池10は、正極30aと、負極30bと、セパレータ40と、枠体50とを備える。正極30aは、正極集電体層31a、及び、正極活物質層32aを含んで構成される。一方、負極30bは、負極集電体層31bと、負極活物質層32bを含んで構成される。単電池10は、正極集電体層31a、正極活物質層32a、セパレータ40、負極活物質層32b、及び、負極集電体層31bがこの順で積層される。つまり、単電池10は、正極集電体層31a及び負極活物質層32bが最外層に配置される。そして、単電池10は、正極集電体層31a及び負極集電体層31bの縁部において、枠体50により正極活物質層32a、負極活物質層32b及びセパレータ40の外周が封止され、電解液が封入される。この状態で、単電池10は、正極活物質層32aと負極活物質層32bとの間にセパレータ40が介在し、当該セパレータ40が正極30aと負極30bとの間の隔壁として機能する。単電池10は、例えば、複数を組み合わせてモジュール化した組電池、あるいは、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することが可能である。組電池の積層方法は、任意である。積層方法の一例として、第1面に正極樹脂集電体を有し、第2面に負極樹脂集電体を有する単セルを、隣り合う一対の単セルの第1面(正極側)と第2面(負極側)とが隣接するように直列に複数積層した積層電池としても良い。別の一例として、一枚の樹脂集電体の片面に正極層を設け、樹脂集電体の他方の面に負極層を設けた単セルを、電解質層を介して複数積層した積層電池としても良い。
 なお、以下の説明では、「正極集電体層31a」と「負極集電体層31b」とを特に区別して説明する必要がない場合には、単に「集電体層31」という場合がある。同様に、「正極活物質層32a」と「負極活物質層32b」とを特に区別して説明する必要がない場合には、単に「電極活物質層32」という場合がある。
<正極集電体の具体例>
 正極集電体層31a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31a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1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。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。例えば、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31a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31a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31a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32a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32a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32a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32a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32aは、正極活物質層32a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32a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及び金属元素が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31a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32a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整したもの、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32a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)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32a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31a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32a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。
<負極集電体の具体例>
 負極集電体層31b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31b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31b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32b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32bを得る方法等は、正極活物質層32a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32a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32b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32a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32b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32a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32b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32a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32b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。
<セパレータの具体例>
 セパレータ40に保持される電解質としては、例えば、電解液又はゲルポリマー電解質等が挙げられる。セパレータ40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40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。セパレータとして、硫化物系、酸化物系の無機系固体電解質、または高分子系の有機系固体電解質などを適用することもできる。固体電解質の適用により、全固体電池を構成することができる。
<枠体の具体例>
 枠体50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50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50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。
<製造装置の基本構成>
 次に、図2、図3を参照して製造装置100の概略構成について説明する。製造装置100は、上述した電極30を製造するものである。この製造装置100は、例えば、単電池10を製造する電池製造装置に組み込まれて実現されてもよい。なお、以下で説明する集電体31Aは、上述した集電体層31(正極集電体層31a、負極集電体層31b)を構成するものである。一方、活物質32Aは、上述した電極活物質層32(正極活物質層32a、負極活物質層32b)を構成するものである。
 ここで一般に、大気圧中において、基材フィルムである集電体31Aの一方の面に粉体状の活物質32Aを塗布して電極30を形成する場合、活物質32Aの内部に空気が残留する場合がある。そして、この状態のまま活物質32Aに対して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32Aが弾け飛んだり、活物質32Aの表面が凹凸になったりする等の現象が発生するおそれがある。
 これに対して、本実施形態の製造装置100は、大気圧よりも減圧されたチャンバー110の内部INにおいて、帯状の集電体31A上に粉体状の活物質32Aを供給して電極30を製造する構成となっている。
 この構成により、本実施形態の製造装置100は、活物質32Aの内部への空気の残留を抑制し、集電体層31上に形成される電極活物質層32の均一性向上を実現している。以下、これを実現するための製造装置100の各部の具体的な構成について説明する。
 なお、以上で説明したように、正極30aと負極30bとは、集電体層31(正極集電体層31a、負極集電体層31b)、電極活物質層32(正極活物質層32a、負極活物質層32b)を構成する物質について異なる点があるものの、それぞれ集電体層31の一方の面に電極活物質層32が電気的に結合された構成である点では差異はない。このため、以下の説明でも、「正極30a」の製造と「負極30b」の製造とを特に区別して説明する必要がない場合には、単に「電極30」の製造として説明する。
 具体的には、製造装置100は、図2に示すように、チャンバー110と、活物質供給装置120と、ロールプレス130とを備える。活物質供給装置120の一部とロールプレス130とは、電極形成部100Aを構成する。電極形成部100Aは、製造装置100において、集電体31A上に粉体状の活物質32Aを供給して電極30を形成する部位であり、活物質32Aを集電体31A上に塗布し、当該活物質32Aを圧縮して電極活物質層32を成形し電極30を形成する。上述したように、本実施形態では、電極形成部100Aは、チャンバー110の内部INの減圧環境下に設けられる。
 なお、以下の説明では、製造装置100において、集電体31Aを搬送する方向を「搬送方向D1」という場合がある。搬送方向D1は、典型的には、略水平方向に沿っており、帯状の集電体31Aの長手方向に沿った方向に相当する。製造装置100は、チャンバー110の内において、搬送方向D1の上流側から下流側に向かって、活物質供給装置120、ロールプレス130の順で配置されている。
 チャンバー110は、内部INが大気圧よりも減圧される容器である。本実施形態のチャンバー110は、内部INで粉体状の活物質32Aを扱う。チャンバー110は、隔壁111によって空洞状に区画され、内部INの空間が大気圧よりも減圧された状態に保持できる部屋として機能する。チャンバー110の内部INは、減圧ポンプ等によって大気圧よりも減圧される。チャンバー110の内部IN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。ここで、標準大気圧は、約1013hPa(約10Pa)である。チャンバー110は、この内部INの空間に電極形成部100Aを収容する。
 チャンバー110は、隔壁111に搬入開口部112が形成されている。搬入開口部112は、チャンバー110の外部OUから内部INに帯状の集電体31Aを搬入(挿入)可能な略矩形状のスリットである。搬入開口部112は、搬送方向D1の上流側において搬送方向D1に沿って隔壁111を貫通し、チャンバー110の外部OUと内部INとを連通する。ここでは、搬入開口部112は、チャンバー110の内部INの減圧環境を維持した状態で、集電体31Aを外部OUから内部INに搬入可能な大きさ、形状に形成される。帯状の集電体31Aは、例えば、チャンバー110の外部OUの常圧下に設けられた集電体ロール31Rから引き出されながら、搬入開口部112を介して内部INに連続的に供給、搬入される。チャンバー110の内部INに搬入された集電体31Aは、コンベアや搬送ローラ等によって搬送方向D1に沿って搬送され、電極30の製造の過程において、適宜のタイミングで切断されることで個別の集電体31Aとなる。また、チャンバー110の内部INに搬入された集電体31Aは、当該チャンバー110の内部INにおいて枠体50が設けられる。この場合、枠体50は、例えば、内部INにおいて、枠体設置装置等によって、活物質供給装置120の前段で集電体31Aに設けられてもよいし、活物質供給装置120とロールプレス130との間で集電体31Aに設けられてもよいし、ロールプレス130の後段で集電体31Aに設けられてもよい。図2、図3は、一例として、活物質供給装置120の前段で枠体50が集電体31Aに設けられる場合を例示している。
 活物質供給装置120は、帯状の集電体31A上に粉体状の活物質32Aを供給する装置である。活物質供給装置120は、少なくとも一部がチャンバー110の内部INに設けられ、ロールプレス130と共に電極形成部100Aを構成する。活物質供給装置120は、少なくとも供給口120a(図3参照)、及び、シャッタユニット120b(図3参照)がチャンバー110の内部INに配置され、電極形成部100Aを構成する。活物質供給装置120は、シャッタユニット120bが動作することで、チャンバー110の内部INにおいて、供給口120aから集電体31A上に紛体状の活物質32Aを供給する。
 ロールプレス130は、活物質供給装置120によって集電体31A上に供給した活物質32Aを当該集電体31Aに定着させる装置である。ロールプレス130は、チャンバー110の内部INに設けられ、上述したように、活物質供給装置120の一部(供給口120a、シャッタユニット120b等)と共に電極形成部100Aを構成する。ロールプレス130は、例えば、上述の工程で活物質32Aが供給され、搬送されてきた集電体31Aの上に載置されている当該活物質32Aを、一対のローラによって集電体31Aと共に挟み込んでプレス成形する。これにより、ロールプレス130は、活物質32Aを帯状の集電体31Aに定着させる。
 上記のように構成される製造装置100は、搬入開口部112を介してチャンバー110の内部INに搬入された集電体31Aを電極形成部100A側に搬送し、当該搬送される帯状の集電体31Aに対して、活物質供給装置120の供給口120aから粉体状の活物質32Aを供給する。このとき、製造装置100は、搬送されてくる集電体31Aに所望量の活物質32Aが供給されるように、シャッタユニット120bによる供給口120aの開閉が調節される。そして、製造装置100は、活物質32Aが供給された集電体31Aを、ロールプレス130に搬送し、当該ロールプレス130によって集電体31A上の活物質32Aをプレス成形し、活物質32Aを帯状の集電体31Aに定着させる。その後、製造装置100は、帯状の集電体31Aを枠体50の間隔に合わせ適宜切断することで、電極30を形成することができる。なお、製造装置100は、電極30の形成後の後工程として、さらに、上述の工程により形成された電極30(すなわち、正極30a、及び、負極30b)を適宜積層させて単電池10や組電池を製造する工程等を続けて実行してもよい。
 上述したように、本実施形態の製造装置100は、チャンバー110の内部INの減圧環境下において電極30を形成するものである。この構成により、本実施形態の製造装置100は、集電体31Aに粉体状の活物質32Aを供給した後、当該活物質32Aの内部に空気が残留することを抑制することができ、その上で、活物質32Aを集電体31Aに定着させることができる。この結果、製造装置100は、ロールプレス130によるプレス終了後に、残留空気に起因して活物質32Aが弾け飛んだり、活物質32Aの表面が凹凸になったりする等の現象が発生することを抑制することができる。
 リチウムイオン電池に用いる電極30は、集電体31A上に供給された活物質32Aを含む電極活物質層32が均質に形成されることで、より安定した電池性能を発揮する傾向にある。このため、本実施形態の製造装置100は、上述したように、電極活物質層32に空気が含まれることを抑制し、電極活物質層32の均一性を向上させた電極30を製造することができるので、より安定した性能を発揮することができる単電池10を製造することができる。
 以上、本実施形態に係る製造装置100の全体構成の概略について説明した。
<活物質回収構造>
 このような構成のもと、本実施形態に係る製造装置100は、図2、図3に示すように、金属箔層140と、帯電装置141と、排気装置142とを備えることで、チャンバー110の内部INに飛散した活物質32Aを回収する活物質処理装置としての構成を実現している。
 具体的には、金属箔層140は、チャンバー110の隔壁111の内面111aに対して絶縁されて設けられ当該内面111aを覆う被膜である。金属箔層140は、導電性を有する金属箔が絶縁層140aを介在させてチャンバー110の内面111aに層状に設けられることで形成される。金属箔層140は、典型的には、当該内面111aの全体を覆う。金属箔層140を構成する材料としては、典型的には、活物質32Aの微小粒子と略同電位(同じ極性)に帯電可能な金属材料、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス及びこれらの金属を1種以上含む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。金属箔層140は、薄板や金属箔をチャンバー110の内面111aに貼り付けて形成されてもよいし、当該内面111a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施すことで形成されてもよい。
 帯電装置141は、チャンバー110の内部INに設けられ、当該チャンバー110の内部INの空気中の活物質32Aの粒子、及び、金属箔層140を帯電させる装置である。帯電装置141は、例えば、公知の帯電ガン等を用いることができる。帯電装置141は、高電圧の静電気を発生させて、チャンバー110の内部INの空気中の活物質32Aの粒子、及び、金属箔層140に対してコロナ放電し、これら活物質32Aの粒子、及び、金属箔層140を同じ極性に帯電させる。ここで、チャンバー110の内部INの空気中の活物質32Aの粒子には、例えば、電極形成部100Aにおける電極30の形成に伴って飛散した活物質32Aの微小粒子の他、搬入開口部112を介してチャンバー110の外部OUから内部INに侵入した活物質32Aの微小粒子等も含まれる。
 本実施形態の帯電装置141は、チャンバー110の内部INに複数設けられる。帯電装置141は、チャンバー110の内部INに万遍なく配置されることが好ましい。ここでは、帯電装置141は、搬送方向D1に対して、活物質供給装置120の上流側に1つ、活物質供給装置120とロールプレス130との間に1つ、ロールプレス130の下流側に1つ、合計3つが設けられる。なお、帯電装置141の数は、これに限定されるものではない。
 帯電装置141によって同じ極性に帯電された空気中の活物質32Aの粒子と金属箔層140とは、互いに反発することとなる。この結果、活物質32Aの粒子は、チャンバー110の隔壁111の内面111aには付着せず、内部INの空気中に浮遊することとなる。
 排気装置142は、チャンバー110の内部INの空気を排気する装置である。この排気装置142は、例えば、チャンバー110の内部INを減圧する減圧ポンプであってもよい(すなわち減圧ポンプと兼用されてもよい)し、減圧ポンプとは別体の排気装置であってもよい。排気装置142は、典型的には、チャンバー110の内部INの空気と共に当該空気中の活物質32Aの微小粒子もチャンバー110の外部OUに排気する。
 具体的には、排気装置142は、吸引口部142a、排気配管142b、及び、吸引源142cを有する。
 吸引口部142aは、チャンバー110の内部INの空気を吸引するための開口部である。吸引口部142aは、チャンバー110の隔壁111に形成され、内部INに向かって開口する。ここでは、吸引口部142aは、チャンバー110の隔壁111において、搬送方向D1の最下流側の端面、すなわち、搬入開口部112が形成されている側とは反対側の端面に形成されている。吸引口部142aは、隔壁111を貫通し、チャンバー110の外部OUと内部INとを連通する。
 排気配管142bは、チャンバー110の内部INで吸引口部142aから吸引された空気、及び、活物質32Aの微小粒子を、チャンバー110の外部OUに排気するための排気流路を構成する配管である。排気配管142bは、一端側が吸引口部142aに接続されており、他端側がチャンバー110から導出され外部OUに開放されている。
 吸引源142cは、吸引口部142aから内部INの空気を吸引するための源となる装置である。吸引源142cは、チャンバー110の外部OUにおいて、排気配管142b上に設けられる。吸引源142cは、例えば、吸引ポンプ等によって構成される。吸引源142cは、典型的には、チャンバー110の内部INを大気圧よりも減圧するために要する負圧より大きな負圧で吸引するものであってもよいし、上述したようにチャンバー110の内部INを減圧するための吸引源と兼用されてもよい。
 上記のように構成される排気装置142は、吸引源142cが駆動することで、吸引口部142aからチャンバー110の内部INの空気を吸引する。このとき、排気装置142は、当該空気中に浮遊する活物質32Aの微小粒子も空気と共に吸引口部142aから吸引、回収し、排気配管142b介してチャンバー110の外部OUに排気する。
 なお、排気装置142は、排気配管142b上で、かつ、吸引源142cより排気方向上流側に、空気から活物質32Aの微小粒子を除去するフィルタ装置を有していてもよい。この場合、排気装置142は、吸引口部142aから吸引した空気を、排気配管142bを介して外部OUに排気する際に、フィルタ装置によって空気から活物質32Aの微小粒子を除去した後、外部OUに排気する。
 また、本実施形態の製造装置100は、チャンバー110の内部INに集電体31Aを搬入するための搬入開口部112が、外部OUから内部INに空気(外気)を導入可能である吸入開口部としても機能する。製造装置100は、チャンバー110の内部INの減圧環境を維持した状態で、内部INの負圧によって、この搬入開口部112を介して内部INに若干の空気を吸い込むこととなる。
 また、本実施形態の製造装置100は、さらに、チャンバー110の内部INに設けられ、活物質32Aの粒子の流れを金属箔層140側に向けて案内する案内部材143を備える。ここでは、案内部材143は、帯電装置141に隣接して設けられる。案内部材143は、複数の帯電装置141に対してそれぞれ1つずつ、合計3つ設けられる。各案内部材143は、各帯電装置141に対して搬送方向D1の上流側に隣接して位置する。
 具体的には、案内部材143は、介在部143a、及び、湾曲部143bを含んで構成され、これらが一体で形成される。介在部143aは、搬送方向D1に沿って板状に形成され、搬送方向D1に沿って搬送される集電体31Aと帯電装置141との間に介在する。湾曲部143bは、介在部143aの搬送方向D1の上流側の端部から、搬送方向D1と交差する方向に向けて突出し、かつ、金属箔層140側に向かうように湾曲した曲面状に形成される。この構成により、案内部材143は、帯電装置141によって帯電された活物質32Aの粒子の流れが当該帯電装置141に向かうことを規制し、金属箔層140側(典型的には搬送方向D1と交差する方向において集電体31Aから離れる側)に向けて案内することができる。
<電極の製造方法>
 次に、図4のフローチャートを参照して電極30の製造方法(電池用電極製造方法)について説明する。以下で説明する電極30の製造方法は、製造装置100によって行われるものとして説明する。この電極30の製造方法は、活物質処理方法を含むものであり、より具体的には、電極形成工程(ステップS1)、帯電工程(ステップS2)、及び、排気工程(ステップS3)を含む。なお、ここでは、説明を分かり易くするため、各工程を順を追って説明するが、実際にはこれらの各工程が相互に並行して継続して行われている。
 製造装置100は、電極形成工程として、チャンバー110の内部INで、電極形成部100Aにおいて集電体31A上に粉体状の活物質32Aを供給して電極30を形成する(ステップS1)。ここでは、製造装置100は、シャッタユニット120bによって、集電体31Aに所望量の活物質32Aを供給し、ロールプレス130によって当該活物質32Aを集電体31A上に定着させて電極30を形成する。製造装置100は、搬入開口部112からチャンバー110の内部INに搬入された集電体31Aに対して上記処理を行っていき、順次、電極30を形成していく。この間、製造装置100は、チャンバー110の内部INの負圧によって、搬入開口部112を介して当該チャンバー110の内部INに、減圧環境を維持できる程度の空気を吸い込んでいる。
 この間、製造装置100は、帯電工程として、帯電装置141によって、チャンバー110の内部INの空気中の活物質32Aの粒子、及び、当該チャンバー110の内面111aに対して絶縁されて設けられ当該内面111aを覆う金属箔層140を帯電させる(ステップS2)。ここでは、製造装置100は、電極形成部100Aにおける電極30の形成に伴って飛散した活物質32Aの微小粒子や搬入開口部112を介してチャンバー110の内部INに侵入した活物質32Aの微小粒子に対して帯電装置141によってコロナ放電し、これら活物質32Aの粒子、及び、金属箔層140を同じ極性に帯電させる。これにより、内部INの空気中の活物質32Aの粒子は、チャンバー110の隔壁111の内面111aには付着せず、内部INの空気中に浮遊する。
 そして、製造装置100は、排気工程として、チャンバー110の内部INの空気を排気装置142によって排気する(ステップS3)。このとき、製造装置100は、帯電装置141によって帯電されたことで内部INの空気中に浮遊することとなった活物質32Aの微小粒子も空気と共に吸引口部142aから吸引、回収し、排気配管142b介してチャンバー110の外部OUに排気する。
<実施形態の作用効果>
 以上で説明した製造装置100、製造方法、及び、活物質処理方法は、チャンバー110の内部INの空気中の活物質32Aの粒子、及び、チャンバー110の内面111aを覆う金属箔層140を、帯電装置141によって同じ極性に帯電させることができる。これにより、製造装置100は、チャンバー110の内部INで扱う活物質32Aの粒子と金属箔層140とを互いに反発させることができるので、活物質32Aの粒子がチャンバー110の内面111aに付着することを抑制することができる。その上で、製造装置100は、チャンバー110の内面111aに付着せずに内部INの空気中に浮遊している活物質32Aの粒子を、排気装置142によって空気と共に外部OUに排気し回収することができる。この結果、製造装置100、製造方法、及び、活物質処理方法は、チャンバー110の内部INに飛散した活物質32Aを適正に回収することができる。
 これにより、製造装置100は、例えば、チャンバー110の内面111aを清掃するために製造装置100を停止する必要がなく、当該製造装置100を稼働させたまま、内部INに飛散した活物質32Aを回収することができるので、電極30の製造効率を向上できる。
 また、以上で説明した製造装置100、製造方法、及び、活物質処理方法は、チャンバー110の内部INが大気圧よりも減圧され、かつ、外部OUから内部INに空気を導入可能な搬入開口部112が設けられる。この構成により、製造装置100は、活物質32Aを回収する際に利用する空気を、チャンバー110の内部INの負圧を利用して搬入開口部112から内部INに取り込むことができる。この結果、製造装置100、製造方法、及び、活物質処理方法は、搬入開口部112を介して内部INに効果的に取り込んだ空気を利用して空気中の活物質32Aを回収することができる。
 ここでは、以上で説明した製造装置100、製造方法、及び、活物質処理方法は、チャンバー110の内部INにおいて、電極形成部100Aによって電極30を製造する際に内部INの空気中に飛散した活物質32Aの微小粒子を空気と共に外部OUに吸引し回収することができる。この結果、製造装置100は、チャンバー110の内部INで電極30を形成する際に活物質32Aの微小粒子が空気中に飛散し内部INの空間を汚染しても、当該チャンバー110の内部INの清浄度を適正に確保することができる。この結果、製造装置100、製造方法、及び、活物質処理方法は、清浄度を適正に確保した環境下で電極30を製造することができるので、例えば、所望の性能の電極30を精度よく製造することができる。
 さらに、以上で説明した製造装置100、製造方法、及び、活物質処理方法は、帯電装置141によって帯電された活物質32Aの粒子の流れを、案内部材143によって金属箔層140側に向けて案内しつつ、活物質32Aの粒子が帯電装置141近傍に滞留し続けないようにすることができる。その上で、製造装置100は、金属箔層140側に向けて案内された活物質32Aの粒子を内面111aには付着させずに空気中に浮遊させた状態で排気装置142によって排気させ易くすることができる。この結果、製造装置100、製造方法、及び、活物質処理方法は、チャンバー110の内部INに飛散した活物質32Aをより効率的に回収することができる。
<活物質の供給形態>
 ところで、前述した実施形態のように電池用電極(電極30)を製造する場合、活物質層(活物質32A)に気泡が残存されたまま電池用電極が成型されることがある。活物質層に気泡が残存していると、集電体上(集電体31A上)に形成した活物質層を圧縮する際に、活物質が弾け飛んだり、活物質の表面に凹凸が形成されたりする問題が生じるおそれがある。また、活物質層に気泡が残存していると、枠体50内部に、活物質層が均一に形成されにくくなり、その結果、当該活物質層の表面に集電体を配置して電池を製造する工程を採る際にも問題が生じるおそれがある。
 そこで、集電体上に形成される活物質層に気泡が生じることを抑制することができ、活物質層の均一性を向上させることができるように、図2に一部が示されている活物質供給装置120は、図5に例示するように構成されていてもよい。図5は、電池用電極製造装置が有する活物質供給装置の構成例を示す図である。
 図5に例示する電池用電極製造装置100では、活物質供給装置120の一部を構成する供給装置121に対して予め脱気された活物質32Aが送られる。活物質32Aは、脱気装置300により脱気される。タンク122は、脱気装置300によって脱気された活物質32Aを貯留する。供給装置121は、チャンバー110の内部INに配置されており、タンク122から送られる活物質32A(脱気された活物質32A)を基材フィルムの一例である集電体31Aに対して供給する。例えば、活物質供給装置120は、タンク122と供給装置121とで構成される。本明細書では、予め脱気された活物質32Aを単に「脱気された活物質32v」と称する。
 供給装置121に活物質32Aを供給する前に活物質32Aを脱気しておくことで、基材フィルムの一例である集電体31Aに活物質を供給する前の段階で、活物質に不要なガスや空気が混じることを抑制することができる。その結果、例えば基材フィルムが集電体31Aである場合、集電体31Aに対して脱気された活物質32vが塗布されるので、集電体31A上に形成される正極活物質層32a及び負極活物質層32bに気泡が生じることが抑制され、活物質層の均一性が向上する。
 更に、上述したように、電池用電極製造装置100は、活物質31Aの塗布及びロールプレス130によるプレス成型の両工程を減圧されたチャンバー110の内部INにおいて行なう。これにより、基材フィルムの一例である集電体31Aに活物質32Aを供給する際に、脱気された活物質32vに不要なガスや空気が混じることを排除することができる。その結果、集電体上に形成される活物質層に気泡が生じることをより一層抑制することができ、活物質層の均一性をより一層向上させることができる。
 なお、供給装置121は、転写用のフィルムに対して活物質32Aを供給してもよい。この場合、転写用のフィルムに転写された活物質32Aは、集電体31Aに対して転写される。かかる場合、転写用のフィルムに活物質32Aを供給する前の段階で、活物質32Aに不要なガスや空気が混じることを抑制することができる。その結果、転写用のフィルムから集電体31Aに対して脱気された活物質32vが転写されるので、集電体31A上に形成される正極活物質層32a及び負極活物質層32bに気泡が生じることが抑制され、活物質層の均一性が向上する。
 図6は、図5に示す活物質供給装置の詳細構成例を示す図である。図6に示すように、電池用電極製造装置100は、補給機構200を有する。補給機構200は、脱気された活物質32vを供給装置121に送る機構である。補給機構200は、耐圧容器201、及びタンク122を含む。
 タンク122の内部は、減圧ポンプによって大気圧よりも減圧されていてもよい。タンク122は、脱気された活物質32vを受け入れる受け入れ口123を有する。例示された受け入れ口123は、タンク122の頂部に配置されている。受け入れ口123は、タンク122の内部空間と外部空間とを連通している。耐圧容器201は、内部が減圧された状態で中空形状を維持できる剛性を有する容器である。耐圧容器201は、受け入れ口123に取り付けられる。受け入れ口123には、耐圧容器201とタンク122との間を気密にシールするシール部材が配置されている。耐圧容器201の内部は、大気圧よりも低圧に維持されており、かつ脱気された活物質32vが収容されている。耐圧容器201は、開口を下方に向けてタンク122に取り付けられる。
 脱気された活物質32vは、耐圧容器201の開口を介してタンク122へ送られる。脱気された活物質32vは、例えば、自重によってタンク122へ落下する。脱気された活物質32vは、耐圧容器201の内圧とタンク122の内圧との差圧によって耐圧容器201からタンク122へ移動してもよい。供給装置121は、タンク122から送られる活物質32Aを帯状の基材フィルムである集電体31Aに対して供給する。つまり、集電体31Aに塗布される活物質32Aは、脱気された活物質32vである。例えば、供給装置120は、シャッタユニット120b(図3参照)が動作することで、チャンバー110の内部INにおいて、供給口120a(図3参照)から集電体31A上に脱気された活物質32vを供給する。
 脱気された活物質32vは、内部に空気等の気体が残存しないように十分に気体が除去されている。従って、プレス終了後の正極活物質層32a及び負極活物質層32bが常圧下に置かれたとしても、集電体上に形成される活物質層32a,32bに気泡が生じることが抑制され、活物質層32a,32bの均一性が向上する。また、脱気された活物質32vは、プレス成型されるときにひび割れ等が生じにくい。よって、本実施形態に係る電池用電極製造装置100は、リチウムイオン単電池(単電池10)の性能を向上させることや、リチウムイオン単電池(単電池10)の信頼性を向上させることができる。
 図7は、図5に示す脱気装置を示す図である。図7に示す脱気装置300は、活物質32Aの内部の気体を除去する装置である。脱気装置300は、ポンプ301、ノズル302、及び耐圧容器201を含む。ノズル302は、耐圧容器201の開口202に対して固定される。ポンプ301は、ノズル302に対して接続されており、耐圧容器201の内部の気体を吸引する。ノズル302は、予め活物質32Aが充填された耐圧容器201に対して取り付けられる。耐圧容器201に充填される活物質32Aは、材料が撹拌されて調合されたものである。
 脱気装置300は、耐圧容器201の内圧を大気圧よりも低圧の第一圧力PA1に減圧する。第一圧力PA1は、例えば、タンク122の内圧PB1と同等の圧力である。第一圧力PA1は、チャンバー110の内圧PC1と同等の圧力であってもよい。第一圧力PA1は、内圧PB1,PC1よりも高圧であってもよい。脱気装置300は、活物質32Aを減圧下に置くことにより活物質32Aの内部の気体を除去する。脱気装置300は、活物質32Aの内部に含まれるガスを十分にパージできるように、耐圧容器201の内圧を第一圧力PA1に維持する。脱気時間は、例えば、数時間である。
 図8は、密閉された耐圧容器の図である。活物質32Aの脱気が完了すると、図8に示すように、耐圧容器201の開口202が栓203によって閉塞される。栓203は、開口202を密閉し、耐圧容器201の内部に脱気された活物質32vを封入する。耐圧容器201は、密閉された状態でタンク122まで運搬され、図6に示すようにタンク122に取り付けられる。開口202は、例えば、タンク122に対する耐圧容器201の取り付けが完了した後に開放される。
 耐圧容器201からタンク122への活物質32Aの移動が完了すると、耐圧容器201がタンク122から取り外される。取り外された耐圧容器201に対して、調合された活物質32Aを充填する充填工程、及び活物質32Aを脱気する脱気工程が実行される。電池用電極製造装置100は、複数の耐圧容器201を有してもよい。この場合、一つの耐圧容器201がタンク122に取り付けられているときに、別の耐圧容器201に対して充填工程及び脱気工程が実行される。
 以上説明した電池用電極製造方法は、電極形成工程として、除去する工程と、送る工程と、供給する工程と、を含む。除去する工程において、脱気装置300は、紛体状の活物質32Aを減圧下に置くことにより活物質32Aの内部の気体を除去する。供給装置121に活物質32Aを供給する前に活物質32Aを脱気しておくことで、集電体31Aに活物質を供給する前の段階で、活物質32Aに不要なガスや空気が混じることを抑制することができる。送る工程において、補給機構200は、脱気された活物質32vをチャンバー110の内部に配置された供給装置121に送る。供給する工程において、供給装置121は、帯状の基材フィルムの一例である集電体31Aに対して脱気された活物質32vを供給する。脱気された活物質32vが供給される基材フィルムは、集電体31Aに限らず、セパレータや転写用のフィルムであってもよい。つまり、供給装置121は、集電体31Aに対して活物質を直接供給してもよく、セパレータや転写用のフィルムを介して間接的に集電体31Aに活物質を供給してもよい。上述した電池用電極製造方法によれば、脱気された活物質32vを基材フィルムの一例である集電体31Aに供給することにより、集電体上に形成される活物質層32a,32bに気泡が生じることを抑制することができ、活物質層32a,32bの均一性を向上させることができる。
 また、上述した電池用電極製造装置100は、タンク122と、チャンバー110と、供給装置121と、を有する。タンク122は、脱気された活物質32vを貯留する。チャンバー110は、内部空間(内部IN)が大気圧よりも減圧されている部屋である。供給装置121は、チャンバー110の内部INに配置されており、タンク122から送られる活物質32A(32v)を帯状の基材フィルムの一例である集電体31Aに対して供給する。このような電池用電極製造装置によれば、脱気された活物質32vを集電体31Aに供給することにより、集電体上に形成される活物質層32a,32bに気泡が生じることを抑制することができ、活物質層32a,32bの均一性を向上させることができる。
 なお、上記では、活物質供給装置120がタンク122と供給装置121とで構成される場合について説明した。しかし、供給装置121が脱気された活物質32vを基材フィルム(集電体31A、転写フィルム等)に供給できるのであれば、活物質供給装置120にタンク122が含まれていなくてもよい。換言すると、脱気された活物質32vを供給する電池用電極製造方法は、供給装置121とタンク122と脱気装置300とを有する電池用電極製造システム(活物質供給システム)により行われてもよい。
<脱気装置の第1変形例>
 図9を参照して、脱気装置の第1変形例について説明する。図9は、脱気装置の第1変形例を説明するための図である。第1変形例において、上記の脱気装置300と異なる点は、脱気装置400が減圧下において活物質32Aを調合する点である。
 脱気装置400は、減圧下において活物質32Aを調合しながら活物質32Aの脱気を行う。脱気装置400は、ポンプ406、調合タンク401、及び攪拌機402を有する。調合タンク401は、上記の耐圧容器201と同様の耐圧性能を有する容器である。調合タンク401は、供給路401a,401bを有する。活物質32Aの材料M1,M2は、それぞれ供給路401a,401bを介して調合タンク401の内部に供給される。ポンプ406は、調合タンク401の内部の気体を吸引する。つまり、調合タンク401の内部は、ポンプ406によって大気圧よりも低圧に減圧されている。
 攪拌機402は、モータ403、撹拌翼404、及び回転軸405を有する。撹拌翼404は、調合タンク401の内部に配置されている。モータ403は、調合タンク401の外部に配置されている。回転軸405は、調合タンク401の底壁を貫通しており、モータ403と撹拌翼404とを連結している。脱気装置400は、撹拌翼404を回転させることにより、材料M1,M2を撹拌し、活物質32Aの表面処理等の調合を行なう。脱気装置400は、調合タンク401の内部で活物質32Aを脱気し、脱気された活物質32vを生成する。つまり、脱気装置400は、減圧下において活物質32Aを調合することにより、調合工程及び脱気工程を同時に実行する。
 脱気された活物質32vは、電池用電極製造装置100のタンク122に供給される。例えば、調合タンク401がタンク122に取り付けられてもよい。この場合、調合タンク401にはタンク122と接続される開口が設けられることが好ましい。活物質32Aを調合する調合工程では、調合タンク401の開口が栓によって閉塞される。
 脱気された活物質32vは、減圧環境下において調合タンク401から耐圧容器201に移されてもよい。この場合、上記の脱気装置300で説明した場合と同様に、耐圧容器201がタンク122に取り付けられる。調合タンク401は、パイプ等を介してタンク122に接続されてもよい。この場合、脱気された活物質32vは、パイプ等を介して調合タンク401からタンク122へ送られる。
<脱気装置の第2変形例>
 図10を参照して、脱気装置の第2変形例について説明する。図10は、脱気装置の第2変形例を説明するための図である。図10に示すように、第2変形例に係る脱気装置500は、ポンプ510、第一脱気槽501、第二脱気槽502、及び第三脱気槽503を有する。第一脱気槽501、第二脱気槽502、及び第三脱気槽503は、耐圧性能を有する容器である。
 第一脱気槽501は、第一通路504を介してタンク122と接続されている。第一通路504には、第一通路504を開閉するバルブ504aが設けられている。また、第一脱気槽501は、第一吸引路507を介してポンプ510と接続されている。第一吸引路507には、第一吸引路507を開閉するバルブ507aが設けられている。
 第二脱気槽502は、第二通路505を介してタンク122と接続されている。第二通路505には、第二通路505を開閉するバルブ505aが設けられている。第二脱気槽502は、第二吸引路508を介してポンプ510と接続されている。第二吸引路508には、第二吸引路508を開閉するバルブ508aが設けられている。
 第三脱気槽503は、第三通路506を介してタンク122と接続されている。第三通路506には、第三通路506を開閉するバルブ506aが設けられている。第三脱気槽503は、第三吸引路509を介してポンプ510と接続されている。第三吸引路509には、第三吸引路99を開閉するバルブ509aが設けられている。
 第一脱気槽501、第二脱気槽502、及び第三脱気槽503には、それぞれ活物質32Aが充填される。充填される活物質32Aは、表面処理等の調合がなされたものである。活物質32Aの脱気が行われるときには、脱気槽がポンプ510と接続され、かつタンク122から遮断される。例えば、図10では、第一脱気槽501及び第二脱気槽502において脱気工程が実行されている。この場合、バルブ507a,508aが開かれ、かつバルブ504a,505aが閉じられる。ポンプ510は、第一脱気槽501及び第二脱気槽502の内部の気体を吸引する。よって、第一脱気槽501及び第二脱気槽502に貯留された活物質32Aが減圧下に置かれ、活物質32Aの内部の気体が除去される。
 第三脱気槽503の内部には、脱気された活物質32vが貯留されている。すなわち、図10には、脱気工程が完了した後の第三脱気槽503が示されている。脱気された活物質32vがタンク122に送られるときには、脱気槽がタンク122と接続され、かつポンプ510から遮断される。例えば、図10では、第三脱気槽503において、タンク122に対して脱気された活物質32vを送る工程が実行されている。この場合、バルブ506aが開かれ、かつバルブ509aが閉じられる。よって、脱気された活物質32vは、例えば、自重によって第三脱気槽503からタンク122に移動する。
 第三脱気槽503からタンク122への活物質32Aの移動が完了すると、バルブ506aが閉じられる。その後、第三脱気槽503に活物質32Aが補充され、第三脱気槽503において脱気工程が実行される。第三脱気槽503で脱気工程が実行されているときは、第一脱気槽501又は第二脱気槽502からタンク122へ脱気された活物質32vが送られる。このように、第2変形例に係る脱気装置500では、複数の脱気槽91,92,93において、脱気工程と、タンク6に対して気体が除去された活物質25を送る工程と、が交互に実行される。
 なお、脱気装置500が有する脱気槽の個数は、三つには限定されない。例えば、脱気装置500は、二つの脱気槽を有していてもよく、四つ以上の脱気槽を有していてもよい。
 図5~図10を参照しながら説明した内容は、適宜組み合わせて実行することができる。
<変形例>
 なお、上述した本発明の実施形態に係る活物質処理装置、電池用電極製造装置、活物質処理方法、及び、電池用電極製造方法は、上述した実施形態に限定されず、請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。
 以上の説明では、電極形成部100Aは、基材フィルムとしての集電体31Aの一方の面に直接、粉体状の活物質32Aを供給して電極30を形成するものとして説明したがこれに限らない。例えば、電極形成部100Aは、集電体31Aとは異なる基材フィルムである転写用フィルムに、一旦、活物質32Aを供給して定着させた後に、当該転写用フィルムに粉成型された活物質32Aを、集電体31Aの一方の面に転写し定着させることで電極30を形成してもよい。この場合、電極形成部100Aは、転写用フィルムから集電体31Aに活物質32Aを転写するための転写部を含んで構成されてもよい。また、基材フィルムは、セパレータ40であってもよい。つまり、基材フィルムは、集電体31A、セパレータ40、又は、転写用フィルムを用いることができる。基材フィルムが例えば転写用フィルムである場合は、上述のように当該フィルム上に形成された活物質層(電極組成物層)を集電体上に、例えば転写することで、リチウムイオン電池用電極を得ることができる。
 以上の説明では、枠体50は、チャンバー110の内部INで集電体31Aに設けられるものとして説明したがこれに限らず、外部OUで設けられる構成であってもよい。枠体50は、例えば、外部OUにおいて、枠体設置装置等によって、搬入開口部112の前段で集電体31Aに設けられてもよい。この場合、帯状の集電体31Aは、搬入開口部112の手前で枠体50が取り付けられた状態で搬入開口部112から内部INに搬入される。またこの場合、搬入開口部112は、チャンバー110の内部INの減圧環境を維持した状態で、集電体31Aと共に枠体50も一緒に外部OUから内部INに搬入可能な大きさ、形状に形成されればよい。また、枠体50は、例えば、枠体設置装置等によって、供給機構121とロールプレス130との間で集電体31Aに設けられてもよいし、ロールプレス130の後段であってチャンバー110の外部OUで集電体31Aに設けられてもよい。また、本実施形態に係る活物質処理装置、電池用電極製造装置、活物質処理方法、又は、電池用電極製造方法は、枠体設置装置又は枠体設置工程を含まなくてもよい。例えば、集電体31Aに代えて転写用フィルムが用いられる場合には、転写用フィルム上に電極組成物層(電極活物質層32)が形成された後(つまり、電極形成工程を終了した後)、当該電極組成物層が転写された集電体31A上に、又は、当該電極組成物層が転写される前の集電体31A上に、枠体50が配置されてもよい。
 また、以上の説明では、帯状の集電体31Aは、例えば、チャンバー110の外部OUの常圧下に設けられた集電体ロール31Rから引き出されながら搬入開口部112を介して内部INに搬入されるものとして説明したがこれに限らず、チャンバー110の内部INの減圧下に設けられた集電体ロール31Rから引き出されるものであってもよい。また、活物質供給装置120も、その全体がチャンバー110の内部INに設けられていてもよい。
 また、以上の説明では、製造装置100は、搬入開口部112が外部OUから内部INに空気(外気)を導入可能である吸入開口部としても機能するものとして説明したがこれに限らない。チャンバー110の吸入開口部は、搬入開口部112とは別個に設けられてもよい。
 以上の説明では、製造装置100は、案内部材143を備えるものとして説明したが案内部材143を備えない構成であってもよい。
 以上の説明では、チャンバー110は、内部INが大気圧よりも減圧されるものとして説明したがこれに限らない。
 以上の説明では、帯電装置141は、図2、図3に例示した配置で複数(ここでは3つ)設けられるものとして説明したがこれに限らない。例えば、帯電装置141は、チャンバー110の内部INの空間全体をまかなえるものであれば1つであってもよい。また、帯電装置141は、チャンバー110の内部INに複数設けられる場合であっても、例えば、1つの帯電装置141によって活物質32Aの粒子、及び、金属箔層140の双方を帯電させる形態に限られない。例えば、帯電装置141は、チャンバー110の内部INを、活物質32Aの粒子を帯電させるための領域、金属箔層140を帯電させるための領域(言い換えれば、帯電した活物質32Aの粒子を電気的に集塵するための内面111a近傍の領域)等にゾーニングした上で、各領域にそれぞれ個別に設けられてもよい。そしてこの場合、各帯電装置141は、それぞれの領域の状態に応じて個別にその動作が制御されることで、活物質32Aの粒子、及び、金属箔層140を同じ極性(好適には同電位・同電荷)に帯電させるようにしてもよい。また、製造装置100は、場合によっては、上述した案内部材143の他、活物質32Aの粒子、金属箔層140と同じ極性(好適には同電位・同電荷)に帯電し集塵ルートを制御する集塵ルート形成板が内部INに設けられていてもよい。
 以上の説明では、活物質処理装置は、チャンバー110の内部INに電極形成部100Aが収容された製造装置(電池用電極製造装置)100に適用されるものとして説明したがこれに限らず、電極形成部100Aを備えずチャンバー110の内部INで粉体状の活物質32Aを扱う他の装置に適用されてもよい。 
 以上の説明では、図1~4を参照して説明した活物質回収構造により帯電工程及び排気工程が行われている環境下で、予め脱気された活物質32Aが基材フィルムに供給される場合について説明したがこれに限られない。本実施形態は、予め脱気された活物質32Aを基材フィルムに供給する処理を、帯電工程及び排気工程を行っていない環境下で行ってもよい。
 本実施形態に係る活物質処理装置、電池用電極製造装置、活物質処理方法、及び、電池用電極製造方法は、以上で説明した実施形態、変形例の構成要素を適宜組み合わせることで構成してもよい。

Claims (13)

  1.  内部で粉体状の活物質を扱うチャンバーと、
     前記チャンバーの内面に対して絶縁されて設けられ当該内面を覆う金属箔層と、
     前記チャンバーの内部に設けられ、当該チャンバーの内部の空気中の前記活物質の粒子、及び、前記金属箔層を同じ極性に帯電させる帯電装置と、
     前記チャンバーの内部の空気を排気する排気装置とを備える、
     活物質処理装置。
  2.  前記チャンバーは、内部が大気圧よりも減圧され、外部から内部に空気を導入可能である吸入開口部を有する、
     請求項1に記載の活物質処理装置。
  3.  前記チャンバーの内部に設けられ、基材フィルム上に前記粉体状の活物質を供給して電極を形成する電極形成部を備える、
     請求項1に記載の活物質処理装置。
  4.  前記チャンバーの内部に設けられ、前記活物質の粒子の流れを前記金属箔層側に向けて案内する案内部材を備える、
     請求項1に記載の活物質処理装置。
  5.  内部が大気圧よりも減圧されたチャンバーと、
     前記チャンバーの内部に設けられ、基材フィルム上に粉体状の活物質を供給して電極を形成する電極形成部と、
     前記チャンバーの内面に対して絶縁されて設けられ当該内面を覆う金属箔層と、
     前記チャンバーの内部に設けられ、当該チャンバーの内部の空気中の前記活物質の粒子、及び、前記金属箔層を同じ極性に帯電させる帯電装置と、
     前記チャンバーの内部の空気を排気する排気装置とを備える、
     電池用電極製造装置。
  6.  予め脱気された粉体状の活物質を貯留するタンクと、
     前記チャンバーの内部に配置されており、前記タンクから送られる前記活物質を前記基材フィルムに対して供給する供給装置と、
     を備える、請求項5に記載の電池用電極製造装置。
  7.  前記タンクは、脱気装置によって脱気された前記活物質を貯留する
     請求項6に記載の電池用電極製造装置。
  8.  前記脱気装置は、前記活物質を調合しながら前記活物質の内部の気体を除去する
     請求項7に記載の電池用電極製造装置。
  9.  前記脱気装置は、前記活物質が貯留される複数の脱気槽と、前記脱気槽から気体を吸引するポンプと、複数の前記脱気槽と前記タンクとを個別に接続する複数の通路と、複数の前記通路を開閉するバルブと、を有する
     請求項7に記載の電池用電極製造装置。
  10.  内部で粉体状の活物質を扱うチャンバーの内部で、当該チャンバーの内部の空気中の前記活物質の粒子、及び、当該チャンバーの内面に対して絶縁されて設けられ当該内面を覆う金属箔層を同じ極性に帯電させる帯電工程と、
     前記チャンバーの内部の空気を排気する排気工程とを含む、
     活物質処理方法。
  11.  内部が大気圧よりも減圧されたチャンバーの内部で、基材フィルム上に粉体状の活物質を供給して電極を形成する電極形成工程と、
     前記チャンバーの内部で、当該チャンバーの内部の空気中の前記活物質の粒子、及び、当該チャンバーの内面に対して絶縁されて設けられ当該内面を覆う金属箔層を同じ極性に帯電させる帯電工程と、
     前記チャンバーの内部の空気を排気する排気工程とを含む、
     電池用電極製造方法。
  12.  前記電極形成工程は、
     前記活物質を減圧下に置くことにより前記活物質の内部の気体を除去する工程と、
     前記チャンバーの内部に配置された供給装置に対して気体が除去された前記活物質を送る工程と、
     前記チャンバーの内部において前記供給装置によって前記基材フィルムに対して前記活物質を供給する工程と、を含む
     請求項11に記載の電池用電極製造方法。
  13.  前記除去する工程は、前記活物質を調合する調合タンクから気体を吸引することにより実行される
     請求項12に記載の電池用電極製造方法。
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