特開 2022-157886 電池用電極製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022157886

(43)【公開日】2022-10-14

(54)【発明の名称】電池用電極製造装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/04 20060101AFI20221006BHJP

   H01M 4/139 20100101ALI20221006BHJP

【ＦＩ】

H01M4/04 Z

H01M4/139

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021062365

(22)【出願日】2021-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】519100310

【氏名又は名称】ＡＰＢ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000002288

【氏名又は名称】三洋化成工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001771

【氏名又は名称】弁理士法人虎ノ門知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】堀江 英明

(72)【発明者】

【氏名】榎 健一郎

(72)【発明者】

【氏名】中嶋 勇輔

【テーマコード（参考）】

5H050

【Ｆターム（参考）】

5H050AA19

5H050BA16

5H050BA17

5H050CA07

5H050CB07

5H050CB11

5H050GA27

5H050GA29

(57)【要約】

【課題】スリットを介したチャンバ内への空気の流入を抑制することができる電池用電極製造装置を提供する。
【解決手段】内部空間が大気圧よりも減圧されるチャンバと、前記チャンバに形成され、帯状の基材フィルムを所定単位ごとに分割して形成される基材フィルム層と当該基材フィルム層の表面に載置されるマスク層とを含む部材が複数連なった部材シートが、前記チャンバの外部空間から前記内部空間へ通過するための開口形状を有するスリットと、前記スリットを介した前記内部空間への空気の流入を抑制する流入抑制機構とを備える、電池用電極製造装置。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部空間が大気圧よりも減圧されるチャンバと、
前記チャンバに形成され、帯状の基材フィルムを所定単位ごとに分割して形成される基材フィルム層と当該基材フィルム層の表面に載置されるマスク層とを含む部材が複数連なった部材シートが、前記チャンバの外部空間から前記内部空間へ通過するための開口形状を有するスリットと、
前記スリットを介した前記内部空間への空気の流入を抑制する流入抑制機構と
を備える、電池用電極製造装置。

【請求項2】

前記流入抑制機構は、前記スリットを介した前記内部空間への空気の流入路を開閉可能なシャッタを含み、前記マスク層が通過する際に当該シャッタを開くように制御する、請求項１に記載の電池用電極製造装置。

【請求項3】

前記流入抑制機構は、前記マスク層を感知可能なセンサを含み、前記マスク層が前記シャッタの直前まで搬送されたことを前記センサによって感知した際に前記シャッタを開くように制御する、請求項２に記載の電池用電極製造装置。

【請求項4】

前記シャッタは、搬送される前記マスク層によって押し開かれるように構成される、請求項２に記載の電池用電極製造装置。

【請求項5】

前記流入抑制機構は、前記スリットと連続する内部空間を有する筒状スリットを含み、
前記部材シートは、前記スリット及び前記筒状スリットを介して、前記外部空間から前記内部空間に搬送される、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池用電極製造装置。

【請求項6】

前記筒状スリットは、前記部材シートにおいて前記マスク層が配置される間隔と前記マスク層の搬送方向の寸法との差よりも、前記スリット及び前記筒状スリットにより形成される内部空間が当該搬送方向に長くなるように構成される、請求項５に記載の電池用電極製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池用電極製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電池の製造工程において、基材フィルムへの活物質の供給が行われる場合がある。例えば、特許文献１及び２参照のように、集電体への活物質の供給が行われる場合がある。例えば、正極及び負極のいずれか一方の集電体上に、正極活物質、セパレータ、負極活物質、もう一方の集電体、及び、枠体を配置することで、電池用電極が製造される。なお、正極集電体、正極活物質、セパレータ、負極活物質、及び、負極集電体は、所定の順番で積層される。また、枠体は、集電体層の縁部に設けられ、セパレータや活物質層の外周を囲うように構成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６６３３８６６号公報

【特許文献2】特開２０１９－２０７７５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、基材フィルムへの活物質の供給を、内部空間が大気圧よりも減圧されたチャンバ内で行なうという考え方がある。これにより、不純物の混入等を予防して、電池用電極の品質を向上させることができる。

【0005】

上記チャンバ内で電池用電極を製造する場合に当該製造の効率を向上させるためには、例えば、チャンバ外（常圧環境下）からチャンバ内（減圧環境下）に基材フィルムを連続的に供給する必要がある。本発明者らは、内部空間が大気圧よりも減圧されたチャンバにスリットを設け、当該スリットを介して、チャンバの外部空間から内部空間に、基材フィルムを含む部材（例えば、基材フィルム上にマスクを載置した部材）を搬送する構成を見出した。この構成とした場合、スリットを介してチャンバ内に空気が多量に流入すると、例えばチャンバ内の減圧状態に支障が生じる等の問題が生じるおそれがあるため、スリットを介した空気の流入は抑制されることが好ましい。

【0006】

本発明は、スリットを介したチャンバ内への空気の流入を抑制することができる電池用電極製造装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、内部空間が大気圧よりも減圧されるチャンバと、前記チャンバに形成され、帯状の基材フィルムを所定単位ごとに分割して形成される基材フィルム層と当該基材フィルム層の表面に載置されるマスク層とを含む部材が複数連なった部材シートが、前記チャンバの外部空間から前記内部空間へ通過するための開口形状を有するスリットと、前記スリットを介した前記内部空間への空気の流入を抑制する流入抑制機構とを備える、電池用電極製造装置である。

【発明の効果】

【0008】

本発明の電池用電極製造装置によれば、スリットを介したチャンバ内への空気の流入を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、単電池の概略構成図である。

【図2】図２は、実施形態に係る電池用電極製造装置の概略構成図である。

【図3A】図３Ａは、チャンバの内部空間への空気の流入について説明するための図である。

【図3B】図３Ｂは、チャンバの内部空間への空気の流入について説明するための図である。

【図4】図４は、実施形態に係る流入抑制機構の一例を示す図である。

【図5A】図５Ａは、実施形態に係る流入抑制機構の一例を示す図である。

【図5B】図５Ｂは、実施形態に係る流入抑制機構の一例を示す図である。

【図6】図６は、実施形態に係る流入抑制機構の一例を示す図である。

【図7】図７は、実施形態に係る流入抑制機構の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本発明の実施形態に係る電池用電極製造装置につき図面を参照しつつ詳細に説明する。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、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

【0011】

［実施形態］
図２に示す本実施形態に係る電池用電極製造装置１０００は、図１に示す単電池１０に適用される電極２０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２０の基本的な構成について説明した後、図２等を参照して電池用電極製造装置１０００について詳細に説明する。

【0012】

＜単電池＞
単電池１０は、本実施形態では、非水電解質二次電池の１種であるリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は、正極２０ａと負極２０ｂとの間をリチウムイオンが移動することで充電や放電を行う二次電池である。

【0013】

なお、以下の説明において「正極２０ａ」と「負極２０ｂ」とを特に区別して説明する必要がない場合、単に「電極２０」と記載する場合がある。また、「正極集電体層２１ａ」と「負極集電体層２１ｂ」とを特に区別して説明する必要がない場合、単に「集電体層２１」と記載する場合がある。また、「正極活物質層２２ａ」と「負極活物質層２２ｂ」とを特に区別して説明する必要がない場合、単に「活物質層２２」と記載する場合がある。

【0014】

単電池１０は、図１に示すように、正極２０ａと、負極２０ｂと、セパレータ３０と、枠体３５とを有する。正極２０ａは、単電池１０を構成する２つの電極（電池用電極）２０のうち、一方の電極２０である。負極２０ｂは、単電池１０を構成する２つの電極２０のうち、他方の電極２０である。セパレータ３０は、正極２０ａと負極２０ｂとの間に配置される板状の部材である。枠体３５は、セパレータ３０の周縁部を囲う枠状の部材である。単電池１０は、正極２０ａ、セパレータ３０、負極２０ｂの順番で積層され、かつ、枠体３５がセパレータ３０の周縁部を囲う位置関係で一体化される。

【0015】

正極２０ａは、正極集電体層２１ａと、正極活物質層２２ａとを有し、正極集電体層２１ａの両面のうち、一方の面に正極活物質層２２ａが電気的に結合している。一方、負極２０ｂは、負極集電体層２１ｂと、負極活物質層２２ｂとを有し、負極集電体層２１ｂの両面のうち、一方の面に負極活物質層２２ｂが電気的に結合している。本実施形態における正極２０ａおよび負極２０ｂは、矩形板状に形成されている。

【0016】

セパレータ３０は、正極２０ａと負極２０ｂとの間の隔壁として機能し、正極活物質層２２ａと負極活物質層２２ｂとが互いに接触することを抑制するものである。本実施形態におけるセパレータ３０は、正極集電体層２１ａおよび負極集電体層２１ｂよりも小さい矩形板状に形成されている。

【0017】

枠体３５は、単電池１０の骨格を形成するものである。枠体３５は、正極集電体層２１ａとセパレータ３０との間で正極活物質層２２ａを封止し、負極集電体層２１ｂとセパレータ３０との間で、負極活物質層２２ｂを封止するものである。本実施形態における枠体３５は、セパレータ３０の外周を囲う額縁状に形成されている。

【0018】

単電池１０は、正極集電体層２１ａ、正極活物質層２２ａ、セパレータ３０、負極活物質層２２ｂ、負極集電体層２１ｂの順番で積層される。つまり、単電池１０では、正極集電体層２１ａ及び負極集電体層２１ｂが最外層に配置される。即ち、単電池１０では、集電体層２１が単電池１０の外部に露出する。

【0019】

なお、図１は、セパレータ３０の一部が枠体３５に入り込むように構成される場合を示している。すなわち、図１では、セパレータ３０は、枠体３５に周縁部を囲まれる活物質層２２と比較して、幅が若干大きくなっており、その一部が枠体３５に食い込んでいる。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、正極活物質層２２ａ、負極活物質層２２ｂ及びセパレータ３０の幅が同じになるように構成してもよい。また、図１に示す枠体３５は、一体的に製造されてもよいし、正極２０ａ側の枠体３５と負極２０ｂ側の枠体３５とを別個に製造して結合させることにより製造されてもよい。

【0020】

＜組電池＞
単電池１０は、複数組み合わせて、電圧及び容量を調節した組電池、すなわち電池パックの形態で使用することが可能である。組電池は、平板状の複数の単電池１０を厚さ方向において積層して構成されている。厚さ方向において隣り合う単電池１０は、互いの異なる電極２０が接触、すなわち一方の正極２０ａと他方の負極２０ｂとが接触するように積層される。組電池は、可撓性を有する絶縁材料で構成される外層フィルム、例えばラミネートフィルムにより、内部の単電池１０が覆われている。組電池は、複数の単電池１０の厚さ方向における両端に位置する正極２０ａおよび負極２０ｂにそれぞれ電気的に接続される取り出し部が設けられる。取り出し部は、一部が外装フィルムの外部に露出しており、外部において電気的に接続された電気機器に電力が供給される。

【0021】

＜正極集電体の具体例＞
正極集電体層２１ａ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２１ａ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。

【0022】

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一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。

【0023】

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。また、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。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。

【0024】

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。

【0025】

正極集電体層２１ａ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２１ａ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２１ａ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。

【0026】

＜正極活物質の具体例＞
正極活物質層２２ａ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２２ａ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２２ａ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２２ａ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２２ａは、正極活物質層２２ａ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２２ａ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。

【0027】

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、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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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２１ａ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。

【0031】

正極活物質層２２ａ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節したもの、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、熱など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。

【0032】

正極活物質層２２ａ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）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。

【0033】

正極活物質層２２ａ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２１ａ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。

【0034】

正極活物質層２２ａ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。

【0035】

＜負極集電体の具体例＞
負極集電体層２１ｂ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２１ｂ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２１ｂ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。

【0036】

＜負極活物質の具体例＞
負極活物質層２２ｂ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２２ｂを得る方法等は、正極活物質層２２ａ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２２ａを得る方法と同様である。

【0037】

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などを用いることができるが、特に限定されない。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

負極活物質層２２ｂ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２２ａ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。

【0041】

負極活物質層２２ｂ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２２ａ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。

【0042】

負極活物質層２２ｂ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２２ａ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。

【0043】

負極活物質層２２ｂ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。

【0044】

＜セパレータの具体例＞
セパレータ３０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などが挙げられる。セパレータ３０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３０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。

【0045】

＜枠体の具体例＞
枠体３５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３５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３５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。

【0046】

＜製造装置＞
次に、電池用電極製造装置１０００について説明する。図２は、電池用電極製造装置１０００の概略図である。例えば、電池用電極製造装置１０００は、チャンバ１００、枠体供給装置２００、活物質供給装置３００、ロールプレス４００、及び、流入抑制機構５００を含む。

【0047】

なお、以下では、基材フィルムが帯状の集電体２１Ｂである場合を一例として説明する。即ち、以下では、電池用電極製造装置１０００として、集電体への活物質の供給を行なう装置について説明する。但し、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、基材フィルムは、集電体、セパレータ、転写用のフィルムのいずれでもよい。基材フィルムがセパレータや転写用のフィルムである場合でも、以下で説明する実施形態は同様に適用が可能である。

【0048】

また、以下では、集電体層２１と枠体３５とを含む部材が複数連なった部材シートがチャンバ１００の内部に搬送される場合について説明する。即ち、以下では、基材フィルムと、当該基材フィルムの表面に載置される枠体３５とを含む部材が複数連なった部材シートがチャンバ１００の内部に搬送される場合について説明する。しかしながら実施形態はこれに限定されるものではなく、基材フィルムと、当該基材フィルムの表面に載置されるマスク層とを含む部材が複数連なった部材シートがチャンバ１００の内部に搬送される場合であれば同様に適用が可能である。

【0049】

マスク層は、マスク、枠体３５のいずれでもよく、基材フィルムが例えば集電体２１Ｂである場合は枠体３５（枠体付き集電体）が用いられ、基材フィルムが例えば転写用のフィルムである場合は、マスク（マスク付き基材フィルム）が用いられる。基材フィルム層の表面にマスク層が載置された部材シートを用いる場合には、部材シート上に形成した活物質層（電極組成物層）を、集電体もしくは枠付き集電体へ転写して使用することができ、これにより、リチウムイオン電池用電極を得ることができる。

【0050】

チャンバ１００は、内部空間が大気圧よりも減圧される。具体的には、チャンバ１００の内部空間は、図示しない減圧ポンプにより大気圧よりも減圧される。なお、標準大気圧は、約１０１３ｈＰａ（約１０^５Ｐａ）である。また、チャンバ１００は、内部空間と外部空間とを連通するスリット１０１を有する。

【0051】

例えば、チャンバ１００の外部に集電体ロール２１Ｒが配置され、集電体ロール２１Ｒからは帯状の集電体２１Ｂが引き出される。なお、集電体２１Ｂは、集電体層２１が所定の形状に切り出される前のものである。即ち、集電体２１Ｂを所定単位ごとに分割することで、図１に示した集電体層２１が形成される。集電体２１Ｂは、ベルトコンベア等の搬送装置により、搬送方向Ｄに沿って所定の速度で搬送される。以下では、集電体２１Ｂが搬送される方向を下流側Ｄ１、その反対方向を上流側Ｄ２として説明する。

【0052】

枠体供給装置２００は、搬送される集電体２１Ｂに対して枠体３５を供給する。例えば、枠体供給装置２００は、ロボットアームを有し、事前に製造された枠体３５を、搬送される集電体２１Ｂ上の所定の位置に配置する。なお、枠体３５を集電体２１Ｂに配置した後、集電体２１Ｂ及び枠体３５を挟み込むようにロールプレスで圧縮することとしてもよい。

【0053】

なお、枠体３５を製造する方法については特に限定されるものではない。例えば、枠体３５は、高分子材料等の所定の材料から成るシート乃至ブロックに対する切削加工によって、所定の形状に形成することができる。一例を挙げると、枠体３５は、所定の材料から成る素材シートから打ち抜くことで得られる。

【0054】

また、例えば、枠体３５は、射出成形等の枠型を用いた手法によって、所定の形状に形成することができる。一例を挙げると、所定の形状の内部空間を有する金型が事前に作製され、当該金型に対する射出成形を行なうことにより、枠体３５を所定の形状に形成することができる。

【0055】

また、例えば、枠体３５は、基材上に所定の材料を吐出したり塗布したりすることで、所定の形状に形成することができる。一例を挙げると、枠体３５は、ディスペンサーによって所定の形状に形成することができる。即ち、ディスペンサーによる制御の下、ノズルから基材に対して所定の材料を所定の量だけ吐出させることにより、枠体３５を形成することができる。別の例を挙げると、スクリーン印刷機等のコーターによって、基材上に所定の材料を所定の形状に塗布することで、枠体３５を形成することができる。

【0056】

より具体的には、枠体３５は、ディスペンサーやコーター等によって、基材上に、所定の材料を所定の形状となるように吐出又は塗布し、乾燥後に基材から剥離させることで形成することができる。或いは、枠体３５は、ディスペンサーやコーター等によって、基材上に、２液硬化樹脂やＵＶ硬化用樹脂といった所定の材料を所定の形状となるように吐出又は塗布し、硬化後に基材から剥離させることで形成することができる。

【0057】

その他、枠体３５は、種々の手法によって所定の形状に形成することが可能である。例えば、所定の形状となるように、所定の材料から成るシート乃至ブロックを組むことによって、枠体３５を所定の形状に形成してもよい。また、例えば、所定の材料から成るシートを基材の長手方向に配置し、垂直方向に当該材料を吐出又は塗布することで、枠体３５を所定の形状に形成してもよい。或いは、枠体３５は、任意方式の３Ｄプリンタによって製造することもできる。

【0058】

また、予め製造された枠体３５を集電体２１Ｂ上に置くものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、枠体３５は、集電体２１Ｂの上で製造されてもよい。一例を挙げると、集電体２１Ｂを基材とし、ディスペンサーやコーター等によって集電体２１Ｂ上に所定の材料を所定の形状に吐出又は塗布することで、集電体２１Ｂ上に枠体３５を形成することができる。

【0059】

図２に示すように、集電体ロール２１Ｒ及び枠体供給装置２００は、チャンバ１００の外部空間に配置されている。集電体ロール２１Ｒ及び枠体供給装置２００が配置される空間は、常圧であってもよいし、チャンバ１００と異なるチャンバによって減圧されていてもよい。

【0060】

図２に示すように、集電体２１Ｂ及び枠体３５は、スリット１０１を介して、チャンバ１００の内部空間に搬送される。即ち、集電体２１Ｂ及び枠体３５は、集電体層２１と枠体３５とを含む部材が複数連なった部材シートの形態で、チャンバ１００の内部空間に搬送される。スリット１０１は、当該部材シートが、チャンバ１００の外部空間から内部空間へ通過するための開口形状を有する。

【0061】

ここで、集電体２１Ｂ及び枠体３５がスリット１０１を介してチャンバ１００の内部空間に搬送される際には、スリット１０１を介して、チャンバ１００の内部空間に空気が流入してしまう場合がある。例えば図３Ａに示すように、集電体２１Ｂ上に配置された複数の枠体３５の間に隙間がある場合、当該隙間がスリット１０１に位置している間、当該隙間を通った空気がチャンバ１００の内部空間に流入してしまう場合がある。また、枠体３５は、後に活物質層２２が形成されることとなる内部空間３５ａを有した部材である。そして、例えば図３Ｂに示すように、枠体３５の内部空間３５ａがスリット１０１に位置している間、枠体３５の内部空間３５ａを通った空気がチャンバ１００の内部空間に流入してしまう場合がある。

【0062】

そこで、実施形態に係る電池用電極製造装置１０００は、図２に示すように、流入抑制機構５００を更に備える。流入抑制機構５００は、集電体２１Ｂ及び枠体３５がチャンバ１００の内部空間に搬送される際に、スリット１０１を介した空気の流入を抑制する。流入抑制機構５００の具体例については後述する。

【0063】

活物質供給装置３００は、チャンバ１００の内部空間に配置され、搬送される集電体２１Ｂ上に粉体状の活物質２２ｃを供給する。なお、活物質２２ｃは、電極活物質及び導電助剤を含む、複数の電極用造粒粒子のことを意味する。

【0064】

例えば、活物質供給装置３００は、スクリューコンベアやホッパ、シャッタ等を備える。この場合、活物質２２ｃは、スクリューコンベアによって運搬され、ホッパの内部に収容される。また、ホッパは開口を有し、当該開口はシャッタによって開閉される。例えば、活物質供給装置３００は、ホッパの開口の下方に枠体３５の内部空間３５ａが位置する時にシャッタを制御して開口を開くことにより、集電体２１Ｂ上であって枠体３５の内部空間３５ａの位置に、活物質２２ｃを供給することができる。

【0065】

ロールプレス４００は、集電体２１Ｂ上に供給された活物質２２ｃを圧縮する。例えば、ロールプレス４００は、一対の圧縮ローラと駆動部とを有する。一対の圧縮ローラの間には、集電体２１Ｂ、枠体３５、及び活物質２２ｃが挟まれる。ロールプレス４００は、第１の厚さの活物質２２ｃを、第１の厚さよりも薄い第２の厚さに圧縮する。例えば、第２の厚さは、枠体３５の厚さである。これにより、図１に示した活物質層２２が形成される。

【0066】

上述した各種工程の後、帯状の集電体２１Ｂを所定単位ごとに分割することで、集電体層２１及び活物質層２２を含んだ電極２０が製造される。また、一対の電極２０（すなわち、正極２０ａ及び負極２０ｂ）を、セパレータ３０を介して互いに向かい合わせに積層するなどして、単電池１０が製造される。また、複数の単電池１０を厚さ方向に積層し、複数の単電池１０を外装体でシーリングするなどして、組電池が製造される。

【0067】

次に、流入抑制機構５００の具体例について説明する。まず、図４を用いて、流入抑制機構５１０について説明する。流入抑制機構５１０は、図２に示した流入抑制機構５００の一例であり、チャンバ１００の内部空間への空気の流入路を開閉可能なシャッタ５１２を含む。流入抑制機構５１０は、枠体３５が通過する際に当該シャッタ５１２を開くように制御する。

【0068】

より具体的には、流入抑制機構５１０は、筒状スリット５１１と、シャッタ５１２と、アクチュエータ５１３と、センサ５１４とを含む。筒状スリット５１１は、チャンバ１００のスリット１０１と連続する内部空間を有する。即ち、図４に示す場合、集電体２１Ｂ及び枠体３５は、チャンバ１００のスリット１０１及び筒状スリット５１１を介して、チャンバ１００の内部空間に搬送される。更に、筒状スリット５１１は、シャッタ５１２が差し込まれるスリットを有する。シャッタ５１２は、筒状スリット５１１の内部空間に差し込まれ、また、搬送方向Ｄと交差する方向に移動可能に構成される。例えば、図４に示す場合、シャッタ５１２は、アクチュエータ５１３によって上下方向に移動される。なお、アクチュエータ５１３は、例えばモータと駆動機構を有し、シャッタ５１２を図４に示す上下方向に移動させる。センサ５１４は、例えば光学センサであり、枠体３５を感知する。より具体的には、センサ５１４は、シャッタ５１２に対する枠体３５の位置を感知する。なお、筒状スリット５１１やシャッタ５１２の材質については特に限定されるものではなく、金属や樹脂などの任意の材料を選択することができる。

【0069】

例えば、流入抑制機構５１０は、センサ５１４による感知結果に応じて、シャッタ５１２に対する枠体３５の位置を判定する。そして、流入抑制機構５１０は、枠体３５が通過する際にシャッタ５１２を開くように制御する。

【0070】

より具体的には、図４に示す場合、シャッタ５１２の位置には、枠体３５の間の隙間が位置している。この場合、流入抑制機構５１０は、アクチュエータ５１３の動作を制御してシャッタ５１２を図４に示す下方向に移動させることにより、シャッタ５１２を閉じる。これにより、枠体３５の間の隙間を通った空気がチャンバ１００の内部空間に流入してしまうことが回避される。なお、シャッタ５１２の下方向への移動は、アクチュエータ５１３でなく、自由落下により実現されてもよい。一方で、枠体３５がシャッタ５１２の直前まで搬送されたことをセンサ５１４によって感知した場合、流入抑制機構５１０は、アクチュエータ５１３の動作を制御してシャッタ５１２を図４に示す上方向に移動させることにより、シャッタ５１２を開く。

【0071】

このように、流入抑制機構５１０は、枠体３５が通過する際にシャッタ５１２を開くように制御することで、チャンバ１００の内部空間への空気の流入を抑制する。即ち、流入抑制機構５１０は、チャンバ１００の内部空間への空気の流入路を、枠体３５が通過する間は開き、枠体３５が通過しない間は閉じることで、チャンバ１００の内部空間への空気の流入を抑制することができる。

【0072】

次に、図５Ａ及び図５Ｂを用いて、流入抑制機構５２０について説明する。流入抑制機構５２０は、図２に示した流入抑制機構５００の一例であり、チャンバ１００の内部空間への空気の流入路を開閉可能なシャッタ５２２を含む。流入抑制機構５１０は、枠体３５が通過する際に当該シャッタ５２２を開くように制御する。なお、図５Ａ及び図５Ｂでは、枠体３５が集電体２１Ｂ上に隙間なく配置される場合を示すが、枠体３５の間に隙間が設けられる場合であっても同様に適用が可能である。

【0073】

より具体的には、流入抑制機構５２０は、筒状スリット５２１と、シャッタ５２２とを含む。筒状スリット５２１は、チャンバ１００のスリット１０１と連続する内部空間を有する。即ち、図５Ａ及び図５Ｂに示す場合、集電体２１Ｂ及び枠体３５は、チャンバ１００のスリット１０１及び筒状スリット５２１を介して、チャンバ１００の内部空間に搬送される。

【0074】

なお、図５Ａ及び図５Ｂには、集電体２１Ｂ及び枠体３５を挟み込むように配置されたローラを示している。当該ローラは、集電体２１Ｂを下流側Ｄ１に搬送させるための搬送機構であってもよいし、集電体２１Ｂが縒れないようにテンションを付加するテンションローラであってもよいし、集電体２１Ｂと枠体３５とを圧着させるための圧縮ローラであってもよい。スリット１０１の近傍にはこのようなローラが配置される場合があるところ、筒状スリット５２１の形状は、ローラの位置やサイズを考慮して適宜変更することができる。図示は省略したが、図４の筒状スリット５１１についても同様である。

【0075】

シャッタ５２２は、筒状スリット５２１の内部空間に配置され、回転移動できるように構成される。図５Ａ及び図５Ｂに示す場合、シャッタ５２２は、奥行き方向を回転軸として回転可能に構成される。なお、筒状スリット５２１やシャッタ５２２の材質については特に限定されるものではなく、金属や樹脂などの任意の材料を選択することができる。

【0076】

流入抑制機構５２０は、枠体３５が通過する際にシャッタ５２２を開くように制御する。より具体的には、図５Ａに示す場合、シャッタ５２２の位置には枠体３５の内部空間３５ａが位置しており、シャッタ５２２は、当該内部空間３５ａを遮蔽する。これにより、内部空間３５ａを通った空気がチャンバ１００の内部空間に流入してしまうことが回避される。また、図５Ｂに示ように、シャッタ５２２の位置まで枠体３５が搬送された場合、シャッタ５２２は、当該枠体３５によって押し開かれる。

【0077】

このように、流入抑制機構５２０は、枠体３５が通過する際にシャッタ５２２を開くように制御することで、チャンバ１００の内部空間への空気の流入を抑制する。即ち、流入抑制機構５２０は、チャンバ１００の内部空間への空気の流入路を、枠体３５が通過する間は開き、枠体３５が通過しない間は閉じることで、チャンバ１００の内部空間への空気の流入を抑制することができる。

【0078】

次に、図６を用いて、筒状スリット５３０について説明する。筒状スリット５３０は、図２に示した流入抑制機構５００の一例である。筒状スリット５３０は、チャンバ１００のスリット１０１と連続する内部空間を有する。即ち、図６に示す場合、集電体２１Ｂ及び枠体３５は、チャンバ１００のスリット１０１及び筒状スリット５３０を介して、チャンバ１００の内部空間に搬送される。なお、筒状スリット５３０の材質については特に限定されるものではなく、金属や樹脂などの任意の材料を選択することができる。

【0079】

筒状スリット５３０は、搬送される枠体３５の少なくとも１つが、常時、スリット１０１及び筒状スリット５３０により形成される内部空間に位置するように、搬送方向Ｄの長さが調整される。具体的には、筒状スリット５３０は、集電体２１Ｂ及び枠体３５を含む部材シートにおいて、枠体３５が配置される間隔と、枠体３５の搬送方向Ｄの寸法との差よりも、スリット１０１及び筒状スリット５３０により形成される内部空間が搬送方向Ｄに長くなるように構成される。これにより、スリット１０１及び筒状スリット５３０により形成される内部空間から１つの枠体３５が下流側Ｄ１に排出されるよりも前に、他の枠体３５が上流側Ｄ２から当該内部空間に搬入され、少なくとも１つの枠体３５が常時当該内部空間に位置することとなる。即ち、スリット１０１及び筒状スリット５３０により形成される内部空間は、少なくとも１つの枠体３５によって常時閉じられた状態となる。このように、筒状スリット５３０は、チャンバ１００の内部空間への空気の流入を抑制することができる。

【0080】

図７は、スリット１０１の近傍にローラが配置される場合を示す。この場合、電池用電極製造装置１０００は、筒状スリット５４０によって、筒状スリット５３０と同様にチャンバ１００の内部空間への空気の流入を抑制することができる。即ち、筒状スリット５４０は、搬送される枠体３５の少なくとも１つが、常時、スリット１０１及び筒状スリット５４０により形成される内部空間に位置するように、搬送方向Ｄの長さが調整される。
なお、図７に示すローラは、集電体２１Ｂを下流側Ｄ１に搬送させるための搬送機構であってもよいし、集電体２１Ｂが縒れないようにテンションを付加するテンションローラであってもよいし、集電体２１Ｂと枠体３５とを圧着させるための圧縮ローラであってもよい。また、筒状スリット５４０の材質については特に限定されるものではなく、金属や樹脂などの任意の材料を選択することができる。

【0081】

以上説明したように、実施形態の電池用電極製造装置１０００は、チャンバ１００と、スリット１０１と、流入抑制機構５００とを少なくとも備える。チャンバ１００は、内部空間が大気圧よりも減圧される。スリット１０１は、チャンバ１００に形成され、帯状の集電体２１Ｂを所定単位ごとに分割して形成される集電体層２１と当該集電体層２１の表面に載置される枠体３５とを含む部材が複数連なった部材シートが、チャンバ１００の外部空間から内部空間へ通過するための開口形状を有する。流入抑制機構５００は、スリット１０１を介したチャンバ１００の内部空間への空気の流入を抑制する。これにより、スリット１０１を介したチャンバ１００内への空気の流入を抑制し、チャンバ１００内の減圧状態を維持することができる。ひいては、電池用電極製造装置１０００により製造される電極２０の品質を向上させることができる。

【0082】

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。更に、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0083】

２１Ｂ 集電体
２２ｃ 活物質
３５ 枠体
１００ チャンバ
１０１ スリット
２００ 枠体供給装置
３００ 活物質供給装置
４００ ロールプレス
５００ 流入抑制機構
５１０ 流入抑制機構
５１１ 筒状スリット
５１２ シャッタ
５１３ アクチュエータ
５１４ センサ
５２０ 流入抑制機構
５２１ 筒状スリット
５２２ シャッタ
５３０ 筒状スリット
５４０ 筒状スリット
１０００ 電池用電極製造装置
Ｄ 搬送方向
Ｄ１ 下流側
Ｄ２ 上流側

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】