2023-124412 粉体供給装置、リチウムイオン電池用電極の製造装置およびリチウムイオン電池用電極の製造方法

(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】P2023124412

(43)【公開日】2023-09-06

(54)【発明の名称】粉体供給装置、リチウムイオン電池用電極の製造装置およびリチウムイオン電池用電極の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/139 20100101AFI20230830BHJP

【ＦＩ】

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 2022028153

(22)【出願日】2022-02-25

(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】100126561

【弁理士】

【氏名又は名称】原嶋 成時郎

(74)【代理人】

【識別番号】100141678

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】堀江 英明

(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

5H050BA17

5H050CA01

5H050CA08

5H050CA09

5H050CA11

5H050CA20

5H050CB02

5H050CB08

5H050CB09

5H050CB12

5H050CB20

5H050GA29

(57)【要約】

【課題】装置構成が簡素でありながら、基材上に電極活物質組成物を間欠的に配置することが可能な粉体供給装置と、この粉体供給装置を用いたリチウムイオン電池用電極の製造装置およびリチウムイオン電池用電極の製造方法を提供する。
【解決手段】リチウムイオン電池の正極１０１Ａを製造する電極製造装置１は、基材２１の上に正極活物質組成物５を供給する正極活物質組成物供給部３として、正極活物質組成物５を貯留するホッパー３１と、ホッパー３１の吐出口３１ａを開閉するシャッタ３２と、吐出口３１ａに向けて正極活物質組成物５を送り出すベルトフィーダ３３と、基材２１上の正極活物質組成物５の厚みを均一化する均しローラ３４と、シャッタ３２の開閉と、ベルトフィーダ３３の起動および停止を制御する制御部３５とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極活物質粒子を含む粉体状の電極活物質組成物を貯留するホッパーを備え、相対移動するシート状の基材の上に前記ホッパーの吐出口から前記電極活物質組成物を供給し、前記電極活物質組成物からなる電極活物質層を形成する粉体供給装置であって、
前記吐出口を開閉するシャッタを設け、前記シャッタの開閉により前記基材の上に所定量の前記電極活物質組成物を供給する、
ことを特徴とする粉体供給装置。

【請求項2】

前記吐出口には、前記基材に供給された前記電極活物質組成物を均すための均しローラが設置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の粉体供給装置。

【請求項3】

前記ホッパー内には、前記吐出口に向けて前記電極活物質組成物を送り出すベルトフィーダが設置されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の粉体供給装置。

【請求項4】

前記シャッタが開放されたときに前記ベルトフィーダを駆動させ、前記シャッタが閉じられたときに前記ベルトフィーダを停止させる制御手段を備える、
ことを特徴とする請求項３に記載の粉体供給装置。

【請求項5】

シート状の基材の上に、電極活物質粒子を含む粉体状の電極活物質組成物からなる電極活物質層が形成されたリチウムイオン電池用電極の製造装置であって、
前記基材の上に前記電極活物質組成物を供給する供給手段と、
前記基材と、前記供給手段とを相対移動させる移動手段と、を備え、
前記供給手段として、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の粉体供給装置を用いた、
ことを特徴とするリチウムイオン電池用電極の製造装置。

【請求項6】

シート状の基材の上に、電極活物質粒子を含む粉体状の電極活物質組成物からなる電極活物質層が形成されたリチウムイオン電池用電極の製造方法であって、
前記基材と、前記基材の上に前記電極活物質組成物を供給して前記電極活物質層を形成する供給手段と、を相対移動させ、
前記供給手段として、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の粉体供給装置を用い、前記供給手段により前記基材上へ前記電極活物質組成物を供給する際に、前記吐出口のシャッタを開閉させる、
ことを特徴とするリチウムイオン電池用電極の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、粉体供給装置、リチウムイオン電池用電極の製造装置およびリチウムイオン電池用電極の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン電池は、小型軽量でエネルギー密度が高い、自己放電量が少ない、などという利点を有するため、自動車用蓄電池や電気・電子機器用蓄電池などとして広く利用されている。このようなリチウムイオン電池として、シート状の正極集電体に正極活物質層が形成された正極と、シート状の負極集電体に負極活物質層が形成された負極とが、シート状のセパレータを介して積層され、正極活物質層および負極活物質層の外周が封止材により封止された構成が知られている。

【0003】

特許文献１には、リチウムイオン電池用電極の製造過程において、リチウムイオン電池用電極材を製造する方法および装置が開示されている。リチウムイオン電池用電極材とは、連続するシート状の基材（例えば、電極集電体）の表面に、電極活物質粒子を含む粉体状の電極活物質組成物からなる電極活物質層が間欠的に配置されたものである。リチウムイオン電池用電極は、リチウムイオン電池用電極材の基材が電極活物質層の間で切断されることにより製造される。このリチウムイオン電池用電極材の製造方法は、基材上に電極活物質組成物を連続的に供給する供給工程と、基材上に供給された電極活物質組成物の一部を除去して間欠的に配置する除去工程と、基材上に残された電極活物質組成物を加圧して電極組成物層を得る加圧工程と、を備えている。

【0004】

上記の除去工程では、基材上に複数の開口が設けられたマスクを重ねた状態で電極活物質組成物を連続的に供給し、その後にマスクを除去することによって、基材上に電極活物質組成物を間欠的に配置している。また、除去工程の別の手法では、基材上に電極活物質組成物を連続的に供給した後、基材上の電極活物質組成物の上に板状のカバー層を間欠的に載置し、カバー層が載置されていない部分の電極活物質組成物を吸引して除去し、その後にカバー層を除去することによって、基材上に電極活物質組成物を間欠的に配置している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２１－０２７０４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、基材上に電極活物質組成物を間欠的に配置するために、基材上にマスクやカバー層を載置し、電極活物質組成物の供給後にマスクやカバー層を除去しなければならないため、装置構成が複雑となる。

【0007】

そこで本発明は、装置構成が簡素でありながら、基材上に電極活物質組成物を間欠的に配置することが可能な粉体供給装置、リチウムイオン電池用電極の製造装置およびリチウムイオン電池用電極の製造方法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】

【0008】

上記目的を達成するために本発明は、電極活物質粒子を含む粉体状の電極活物質組成物を貯留するホッパーを備え、相対移動するシート状の基材の上に前記ホッパーの吐出口から前記電極活物質組成物を供給し、前記電極活物質組成物からなる電極活物質層を形成する粉体供給装置であって、前記吐出口を開閉するシャッタを設け、前記シャッタの開閉により前記基材の上に所定量の前記電極活物質組成物を供給する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、装置構成が簡素でありながら、基材上に電極活物質組成物を間欠的に配置することが可能な粉体供給装置と、この粉体供給装置を用いたリチウムイオン電池用電極の製造装置およびリチウムイオン電池用電極の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】この発明の実施の形態に係るリチウムイオン電池用電極の製造装置の構成を示す概略図である。

【図2】この発明の実施の形態に係るリチウムイオン電池の構成を示す断面図である。

【図3】図２に示すリチウムイオン電池を製造するための組合せ工程を示す断面図である。

【図4】図１の正極活物質組成物供給部において、シャッタの開放状態および閉鎖状態を示す図である。

【図5】この発明の実施の形態に係るリチウムイオン電池用電極の製造手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。なお、本明細書におけるリチウムイオン電池は、リチウムイオン二次電池を含む。

【0012】

図１～図５は、この発明の実施の形態を示し、図１は、この発明の実施の形態に係るリチウムイオン電池用電極の製造装置（以下、「電極製造装置１」という）の概略構成図である。電極製造装置１は、リチウムイオン電池１０１を構成するリチウムイオン電池用電極（正極１０１Ａおよび負極１０１Ｂ）の製造過程において、リチウムイオン電池用電極を製造するための装置である。

【0013】

ここで、リチウムイオン電池１０１は、図２に示すように、樹脂製の正極集電体１０２の表面に正極活物質層１０３が形成された正極１０１Ａと、樹脂製の負極集電体１０４の表面に負極活物質層１０５が形成された負極１０１Ｂとが、正極活物質層１０３と負極活物質層１０５とが対向するようにセパレータ１０６を介して積層されている。また、正極集電体１０２と負極集電体１０４とが所定の間隔で配置、保持されるように、正極集電体１０２と負極集電体１０４の周囲が封止材１０７によって封止されている。これにより、リチウムイオン電池１０１は、全体が略四角い平板形に形成されている。

【0014】

リチウムイオン電池１０１の製造工程は、図３に示すように、正極集電体１０２の表面に正極活物質層１０３が形成された正極１０１Ａと、負極集電体１０４の表面に負極活物質層１０５が形成された負極１０１Ｂとを製造する電極製造工程と、電極製造工程にて製造された正極１０１Ａおよび負極１０１Ｂと、セパレータ１０６が組み込まれた封止材１０７とを積層し、正極集電体１０２および負極集電体１０４と封止材１０７とを接着する組合せ工程とを備えている。

【0015】

図１は、リチウムイオン電池１０１の製造ラインに設けられた、正極１０１Ａを製造するための電極製造装置１を示している。詳しくは図示しないが、リチウムイオン電池１０１の製造ラインには、正極１０１Ａ用の電極製造装置１とともに、負極１０１Ｂを製造するための電極製造装置も設置されている。なお、負極１０１Ｂの電極製造装置は、正極１０１Ａの電極製造装置１と同様の構成を備えているため、詳しい説明は省略する。

【0016】

電極製造装置１は、基材供給部２と、正極活物質組成物供給部（粉体供給装置および供給手段）３と、加圧部４と、を備えている。また、詳しくは図示しないが、矢印Ａ方向の最下流側に、基材２１を切断して複数の正極１０１Ａを形成する切断部が設けられている。

【0017】

基材供給部２は、基材２１として、長尺の帯状をした正極集電体１０２を供給する。基材供給部２は、基材２１が巻かれた基材ロール２２と、基材ロール２２から引き出された基材２１をガイドするガイドローラ２３とを備えている。基材ロール２２から引き出された基材２１は、図示しない搬送ローラにより、矢印Ａ方向に所定速度で搬送される。

【0018】

基材２１を構成する正極集電体１０２としては、公知のリチウムイオン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、あるいは導電性材料と合成樹脂とから構成されてなる樹脂集電体（特開２０１２－１５０９０５号公報および国際公開第２０１５－００５１１６号などに記載の樹脂集電体など）を用いることができる。なお、正極集電体１０２としては、電池特性などの観点から、樹脂集電体であることが好ましい。

【0019】

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など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、塗布など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。

【0020】

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）、ポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物などが挙げられる。電気的安定性の観点から、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）及びポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）が好ましく、さらに好ましくはポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリメチルペンテン（ＰＭＰ）である。

【0021】

導電性フィラーは、導電性を有する材料から選択される。具体的には、金属［ニッケル、アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）、銀、銅及びチタンなど］、カーボン［グラファイト及びカーボンブラック（アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラックなど）など］、及びこれらの混合物などが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。これらの導電性フィラーは１種単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。また、これらの合金又は金属酸化物を用いてもよい。電気的安定性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、銅、チタン及びこれらの混合物であり、より好ましくは銀、アルミニウム、ステンレス及びカーボンであり、さらに好ましくはカーボンである。またこれらの導電性フィラーとしては、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料（上記した導電性フィラーの材料のうち金属のもの）をめっきなどでコーティングしたものでもよい。

【0022】

導電性フィラーの平均粒子径は、特に限定されるものではないが、電池の電気特性の観点から、０．０１～１０μｍであることが好ましく、０．０２～５μｍであることがより好ましく、０．０３～１μｍであることがさらに好ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、粒子の輪郭線上の任意の２点間の距離のうち、最大の距離Ｌを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの観察手段を用い、数～数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。

【0023】

導電性フィラーの形状（形態）は、粒子形態に限られず、粒子形態以外の形態であってもよく、カーボンナノチューブなど、いわゆるフィラー系導電性樹脂組成物として実用化されている形態であってもよい。

【0024】

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。導電性繊維としては、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維などの炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレスのような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維などが挙げられる。これらの導電性繊維の中では炭素繊維が好ましい。また、グラフェンを練りこんだポリプロピレン樹脂も好ましい。導電性フィラーが導電性繊維である場合、その平均繊維径は０．１～２０μｍであることが好ましい。

【0025】

樹脂集電体中の導電性フィラーの重量割合は、５～９０重量％であることが好ましく、２０～８０重量％であることがより好ましい。特に、導電性フィラーがカーボンの場合、導電性フィラーの重量割合は、２０～３０重量％であることが好ましい。

【0026】

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、可塑剤など）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よい。

【0027】

正極集電体１０２の幅としては、製造しようとするリチウムイオン電池１０１に応じて適宜設定すればよい。また、正極集電体１０２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。

【0028】

正極集電体１０２を構成する基材２１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。導電性樹脂組成物をフィルム状に成形する方法としては、例えば、Ｔダイ法、インフレーション法及びカレンダー法などの公知のフィルム成形法が挙げられる。なお、基材２１は、フィルム成形以外の成形方法によっても得ることができる。

【0029】

以上では、正極集電体１０２を構成する基材２１について説明したが、負極１０１Ｂ用の電極製造装置では、同様に長尺で帯状をした負極集電体１０４からなる基材が用いられる。この負極集電体１０４を構成する基材としては、正極集電体１０２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１０４は、電池特性などの観点から、樹脂集電体であることが好ましい。また、負極集電体１０４の幅としては、製造しようとするリチウムイオン電池に応じて適宜設定すればよい。さらに、負極集電体１０４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。

【0030】

正極活物質組成物供給部３は、矢印Ａ方向において、基材供給部２の下流側に配置されている。正極活物質組成物供給部３は、ホッパー３１と、シャッタ３２と、ベルトフィーダ３３と、均しローラ３４と、制御部（制御手段）３５と、を備えている。

【0031】

ホッパー３１は、箱形状をした容器体であり、内部に正極活物質組成物５を収容する。ホッパー３１の下部には、収容した正極活物質組成物５を基材２１上へ供給する吐出口３１ａが設けられている。

【0032】

シャッタ３２は、吐出口３１ａを開閉する。シャッタ３２は、図示しない駆動機構により、例えば、水平方向に移動自在とされた板状の部材からなる。シャッタ３２は、図４（Ａ）に示すように、吐出口３１ａを開放する開放位置と、同図（Ｂ）に示すように、吐出口３１ａを閉鎖する閉鎖位置との間で移動自在とされている。

【0033】

ベルトフィーダ３３は、例えば、一対のローラと、これらのローラに掛け回された搬送ベルトとを備え、ホッパー３１内の正極活物質組成物５を搬送ベルトにより吐出口３１ａへ搬送する。

【0034】

均しローラ３４は、矢印Ａ方向において、吐出口３１ａの下流側に配置されている。均しローラ３４は、ホッパー３１の吐出口３１ａから基材２１上へ供給された正極活物質組成物５の上で回転し、正極活物質組成物５の上部を均して厚みを均一化する。なお、均しローラ３４は、基材２１の搬送に従動して回転するようにしてもよいし、モータなどで回転させるようにしてもよい。

【0035】

制御部３５は、シャッタ３２の開閉とベルトフィーダ３３の駆動および停止とを制御する。具体的には、制御部３５は、図４（Ａ）に示すように、シャッタ３２が開放されたときにベルトフィーダ３３を駆動させる。これにより、ホッパー３１から基材２１上に正極活物質組成物５を安定的に供給することが可能である。また、同図（Ｂ）に示すように、シャッタ３２が閉じられたときにベルトフィーダ３３を停止させる。これにより、正極活物質組成物５がベルトフィーダ３３によりシャッタ３２に押しつけられて押し固められ、正極活物質組成物５の吐出に支障が生じる、というような吐出不良の発生を抑制することが可能となる。

【0036】

正極活物質組成物供給部３は、基材２１の搬送速度に対するシャッタ３２の開放量を変化させることにより、基材２１に対する正極活物質組成物５の供給量、すなわち、基材２１上に形成される正極活物質層１０３の厚みを調整することができる。また、基材２１の搬送速度に対するシャッタ３２の開放時間を変化させることで、基材２１上に形成される正極活物質層１０３の長さ（Ａ方向の長さ）を調整することができる。すなわち、正極活物質組成物供給部３によれば、基材２１の搬送速度と、シャッタ３２の開放量および開放時間との組合せを変えることにより、基材２１上に形成される正極活物質層１０３のサイズ（厚みおよび長さ）を調整することができる。

【0037】

次に、正極活物質組成物５について説明する。正極活物質組成物５は、正極活物質粒子と、電解液とを含む。

【0038】

正極活物質粒子としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物｛遷移金属が１種である複合酸化物（ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＡｌＭｎＯ_４、ＬｉＭｎＯ_２及びＬｉＭｎ_２Ｏ_４等）、遷移金属元素が２種である複合酸化物（例えばＬｉＦｅＭｎＯ_４、ＬｉＮｉ_１－ｘＣｏ_ｘＯ_２、ＬｉＭｎ_１－ｙＣｏ_ｙＯ_２、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ａｌ_１／３Ｏ_２及びＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１５Ａｌ_０．０５Ｏ_２）及び金属元素が３種類以上である複合酸化物［例えばＬｉＭ_ａＭ’_ｂＭ’’_ｃＯ_２（Ｍ、Ｍ’及びＭ’’はそれぞれ異なる遷移金属元素であり、ａ＋ｂ＋ｃ＝１を満たす。例えばＬｉＮｉ_１／３Ｍｎ_１／３Ｃｏ_１／３Ｏ_２）等］等｝、リチウム含有遷移金属リン酸塩（例えばＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＣｏＰＯ_４、ＬｉＭｎＰＯ_４及びＬｉＮｉＰＯ_４）、遷移金属酸化物（例えばＭｎＯ_２及びＶ_２Ｏ_５）、遷移金属硫化物（例えばＭｏＳ_２及びＴｉＳ_２）及び導電性高分子（例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン及びポリ－ｐ－フェニレン及びポリビニルカルバゾール）等が挙げられ、２種以上を併用してもよい。なお、リチウム含有遷移金属リン酸塩は、遷移金属サイトの一部を他の遷移金属で置換したものであってもよい。

【0039】

正極活物質粒子の体積平均粒子径は、電池の電気特性の観点から、０．０１～１００μｍであることが好ましく、０．１～３５μｍであることがより好ましく、２～３０μｍであることがさらに好ましい。

【0040】

正極活物質粒子は、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粒子であってもよい。正極活物質粒子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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

電解液としては、電解質と非水溶媒とを含むものが挙げられる。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、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＮ（ＦＳＯ_２）_２及びＬｉＣｌＯ_４等の無機酸のリチウム塩、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２及びＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３等の有機酸のリチウム塩等が挙げられ、ＬｉＮ（ＦＳＯ_２）_２（ＬｉＦＳＩともいう）が好ましい。

【0044】

電解液の電解質濃度としては、特に限定されないが、０．５～５ｍｏｌ／Ｌであることが好ましく、０．８～４ｍｏｌ／Ｌであることがより好ましく、１～２ｍｏｌ／Ｌであることがさらに好ましい。

【0045】

非水溶媒としては、公知の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン等及びこれらの混合物を用いることができる。

【0046】

ラクトン化合物としては、５員環（γ－ブチロラクトン及びγ－バレロラクトン等）及び６員環のラクトン化合物（δ－バレロラクトン等）等を挙げることができる。

【0047】

環状炭酸エステルとしては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート及びブチレンカーボネート等が挙げられる。鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチル－ｎ－プロピルカーボネート、エチル－ｎ－プロピルカーボネート及びジ－ｎ－プロピルカーボネート等が挙げられる。

【0048】

鎖状カルボン酸エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル及びプロピオン酸メチル等が挙げられる。環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，３－ジオキソラン及び１，４－ジオキサン等が挙げられる。鎖状エーテルとしては、ジメトキシメタン及び１，２－ジメトキシエタン等が挙げられる。

【0049】

リン酸エステルとしては、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸エチルジメチル、リン酸ジエチルメチル、リン酸トリプロピル、リン酸トリブチル、リン酸トリ（トリフルオロメチル）、リン酸トリ（トリクロロメチル）、リン酸トリ（トリフルオロエチル）、リン酸トリ（トリパーフルオロエチル）、２－エトキシ－１，３，２－ジオキサホスホラン－２－オン、２－トリフルオロエトキシ－１，３，２－ジオキサホスホラン－２－オン及び２－メトキシエトキシ－１，３，２－ジオキサホスホラン－２－オン等が挙げられる。
ニトリル化合物としては、アセトニトリル等が挙げられる。アミド化合物としては、ＤＭＦ等が挙げられる。スルホンとしては、ジメチルスルホン及びジエチルスルホン等が挙げられる。非水溶媒は１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

【0050】

非水溶媒の内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのは、ラクトン化合物、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル及びリン酸エステルであり、更に好ましいのはラクトン化合物、環状炭酸エステル及び鎖状炭酸エステルであり、特に好ましいのは環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルの混合液である。最も好ましいのは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）の混合液である。

【0051】

正極活物質組成物５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。導電助剤は、正極活物質層を形成したときに、正極活物質層における導電助剤の重量割合が、３～１０重量％となる範囲で含むことが好ましい。

【0052】

正極活物質組成物５は、結着剤を含まないことが好ましい。正極活物質組成物５が結着剤を含まない場合には、非結着体の正極活物質層を形成することができる。ここで、非結着体とは、正極活物質粒子が結着剤（バインダともいう）により位置を固定されておらず、正極活物質粒子同士及び正極活物質粒子と集電体が不可逆的に固定されていないことを意味する。正極活物質層が非結着体である場合、正極活物質粒子同士は不可逆的に固定されていないため、正極活物質粒子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、正極活物質層に応力がかかった場合でも正極活物質粒子が移動することで正極活物質層の破壊を防止することができるため、好ましい。なお、本明細書において、結着剤とは、正極活物質粒子同士及び正極活物質粒子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粒子同士及び正極活物質粒子と集電体とを可逆的に固定することができない。

【0053】

正極活物質組成物５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、固体化して活物質粒子同士を強固に接着固定するものを意味する。従って、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。

【0054】

次に、負極１０１Ｂ用の電極製造装置において、負極活物質層１０５の形成に用いられる負極活物質組成物について説明する。負極活物質組成物は、負極活物質粒子と、電解液とを含む。

【0055】

負極活物質粒子としては、炭素系材料［黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、樹脂焼成体（例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等）、コークス類（例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス等）及び炭素繊維等］、珪素系材料［珪素、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、珪素－炭素複合体（炭素粒子の表面を珪素及び／又は炭化珪素で被覆したもの、珪素粒子又は酸化珪素粒子の表面を炭素及び／又は炭化珪素で被覆したもの並びに炭化珪素等）及び珪素合金（珪素－アルミニウム合金、珪素－リチウム合金、珪素－ニッケル合金、珪素－鉄合金、珪素－チタン合金、珪素－マンガン合金、珪素－銅合金及び珪素－スズ合金等）等］、導電性高分子（例えばポリアセチレン及びポリピロール等）、金属（スズ、アルミニウム、ジルコニウム及びチタン等）、金属酸化物（チタン酸化物及びリチウム・チタン酸化物等）及び金属合金（例えばリチウム－スズ合金、リチウム－アルミニウム合金及びリチウム－アルミニウム－マンガン合金等）等及びこれらと炭素系材料との混合物等が挙げられる。上記負極活物質粒子のうち、内部にリチウム又はリチウムイオンを含まないものについては、予め負極活物質粒子の一部又は全部にリチウム又はリチウムイオンを含ませるプレドープ処理を施してもよい。

【0056】

これらの中でも、電池容量等の観点から、炭素系材料、珪素系材料及びこれらの混合物が好ましく、炭素系材料としては、黒鉛、難黒鉛化性炭素及びアモルファス炭素がさらに好ましく、珪素系材料としては、酸化珪素及び珪素－炭素複合体がさらに好ましい。

【0057】

負極活物質粒子の体積平均粒子径は、電池の電気特性の観点から、０．０１～１００μｍが好ましく、０．１～２０μｍであることがより好ましく、２～１０μｍであることがさらに好ましい。

【0058】

本明細書において、負極活物質粒子の体積平均粒子径は、マイクロトラック法（レーザー回折・散乱法）によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径（Ｄｖ５０）を意味する。マイクロトラック法とは、レーザー光を粒子に照射することによって得られる散乱光を利用して粒度分布を求める方法である。なお、体積平均粒子径の測定には、日機装（株）製のマイクロトラック等を用いることができる。

【0059】

負極活物質粒子は、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粒子であってもよい。負極活物質粒子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。

【0060】

被覆材としては、被覆正極活物質粒子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。

【0061】

電解液の組成は、正極活物質組成物５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。

【0062】

負極活物質組成物には、導電助剤が含まれていてもよい。導電助剤としては、正極活物質組成物５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。負極活物質層としたときの導電助剤の重量割合が、２～１０重量％となる範囲で含むことが好ましい。

【0063】

負極活物質組成物には、粘着性樹脂が含まれていてもよい。粘着性樹脂としては、正極活物質組成物５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。

【0064】

負極活物質組成物は、結着剤を含まないことが好ましい。負極活物質組成物が結着剤を含まない場合には、非結着体の負極活物質層を形成することができる。負極活物質層が非結着体であることが好ましい理由は、正極活物質層が非結着体であることが好ましい理由と同様である。

【0065】

加圧部４は、矢印Ａ方向において、正極活物質組成物供給部３の下流側に配置されている。加圧部４は、基材２１上の正極活物質組成物５の上面に当接するように配置された加圧ローラ４１と、加圧ローラ４１に対面する位置で、基材２１の下面に当接するように配置された加圧受けローラ４２とを備えている。加圧ローラ４１および加圧受けローラ４２は、基材２１上に供給された正極活物質組成物５を圧縮し、正極活物質層１０３を形成する。

【0066】

正極活物質層１０３の厚みとしては、特に限定されず、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。

【0067】

加圧ローラ４１および加圧受けローラ４２により正極活物質組成物５に加える線圧としては、３５～３５００Ｎ／ｃｍであることが好ましい。なお、正極活物質組成物５に加える線圧は、加圧ローラ４１および加圧受けローラ４２に付属されているロードセルによる得られる荷重と、圧縮後の正極活物質層１０３の厚みとにより計算した線圧を意味する。

【0068】

詳しくは図示しないが、矢印Ａ方向において、加圧部４の下流側には、基材２１を正極活物質層１０３の間で切断して複数の正極１０１Ａを形成する切断部が設けられている。これにより、基材２１および正極活物質組成物５により、複数の正極１０１Ａを連続して製造することが可能である。また、詳しくは説明しないが、負極１０１Ｂについても、負極用の電極製造装置によって、正極１０１Ａと同様に製造される。

【0069】

電極製造装置１により製造された正極１０１Ａは、セパレータ１０６を備える封止材１０７および負極１０１Ｂと組み合わされることにより、リチウムイオン電池１０１が製造される。正極１０１Ａ、負極１０１Ｂおよび封止材１０７を組み合わせる際に、上述した電解液を別途注入してもよい。

【0070】

セパレータ１０６の材質は、特に限定されず、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、上記多孔性フィルムの積層フィルム（多孔性ポリエチレンフィルムと多孔性ポリプロピレンとの積層フィルムなど）、合成繊維（ポリエステル繊維及びアラミド繊維など）又はガラス繊維などからなる不織布、及びそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニアなどのセラミック微粒子を付着させたものなどの公知のリチウムイオン電池に用いられるセパレータを用いることができる。

【0071】

封止材１０７の材質としては、電解液に対して耐久性がある材料であれば特に限定されないが、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。熱硬化性高分子材料としては、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などが挙げられ、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。また、封止材１０７としては、両面テープ状のシール部材（平面状の基材の両面に上述の熱硬化性高分子材料などを塗布して形成したシール部材など）を好適に用いることができ、例えば、三層構造のシールフィルム（ポリエチレンナフタレートフィルムの上下に変性ポリプロピレンフィルムを積層したフィルムなど）などの公知のものを用いることができる。

【0072】

封止材１０７の幅および厚みなどについては特に限定されず、製造しようとするリチウムイオン電池１０１に応じて適宜設定すればよい。封止材１０７の幅としては、例えば製造されるリチウムイオン電池１０１が四角形の場合、一片の長さが、３０～２０００ｍｍであることが好ましく、４０～１０００ｍｍであることがより好ましい。また、封止材１０７の厚みとしては、充分な強度を付与する観点から、例えば、５～２０ｍｍであることが好ましく、１０～２０ｍｍであることがより好ましい。

【0073】

また、正極１０１Ａおよび負極１０１Ｂと、封止材１０７とを組み合わせるために、正極１０１Ａと封止材１０７、および負極１０１Ｂと封止材１０７とを接着しているが、封止材１０７に熱硬化性高分子材料が用いられている場合には、インパルスシーラーなどにより封止材１０７に熱を加えて接着することが可能である。

【0074】

次に、以上で説明した電極製造装置１を使用した正極１０１Ａの製造方法などについて、図５のフローチャートに基づいて説明する。

【0075】

電極製造装置１は、図示しない搬送ローラなどを利用し、所定間隔で基材２１を矢印Ａ方向に搬送する（ステップＳ１）。次いで、正極活物質組成物供給部３は、基材２１上に正極活物質組成物５を供給する（ステップＳ２）。具体的には、制御部３５は、シャッタ３２を開放してベルトフィーダ３３を起動させ、基材２１上に所定量の正極活物質組成物５を供給し、所定量の供給完了後にシャッタ３２を閉鎖してベルトフィーダ３３を停止させる。また、正極活物質組成物供給部３は、基材２１上に供給された正極活物質組成物５を均しローラ３４により均して厚みを均一化する。

【0076】

加圧部４は、加圧ローラ４１と、加圧受けローラ４２とによって基材２１および正極活物質組成物５を挟み込み、正極活物質組成物５を加圧して正極活物質層１０３を形成する（ステップＳ３）。これにより、基材２１の上に複数の正極活物質層１０３が間欠的に形成される。また、電極製造装置１は、加圧部４の下流側で基材２１を間欠搬送させ、基材２１の搬送が停止しているタイミングで、図示しない切断部により、基材２１を正極活物質層１０３の間で切断し、複数の正極１０１Ａを形成する。（ステップＳ４）。

【0077】

以上のように、この実施形態に係る電極製造装置１および電極製造方法によれば、ホッパー３１の吐出口３１ａにシャッタ３２を設け、このシャッタ３２の開閉により基材２１の上に所定量の正極活物質組成物５を供給するようにしたので、シャッタ３２の開閉のみで基材２１上に正極活物質組成物５を間欠的に配置することが可能である。また、基材２１の搬送速度に応じて、シャッタ３２の開放量および開放時間を変えることにより、基材２１上に形成される正極活物質組成物５のサイズ（厚みおよび長さ）を調整することが可能である。

【0078】

また、この実施形態に係る電極製造装置１および電極製造方法によれば、ホッパー３１の吐出口３１ａに基材２１に供給された正極活物質組成物５を均すための均しローラ３４を設置したので、基材２１上に均一な厚みの正極活物質組成物５を間欠的に配置することが可能である。

【0079】

さらに、この実施形態に係る電極製造装置１および電極製造方法によれば、ホッパー３１内に吐出口３１ａに向けて正極活物質組成物５を送り出すベルトフィーダ３３を設置したので、ホッパー３１から基材２１上に正極活物質組成物５を安定的に供給することが可能である。

【0080】

また、この実施形態に係る電極製造装置１および電極製造方法によれば、制御部３５により、シャッタ３２が開放されたときにベルトフィーダ３３を駆動させるようにしたので、ホッパー３１から基材２１上に正極活物質組成物５を安定的に供給することが可能である。また、シャッタ３２が閉じられたときにベルトフィーダ３３を停止させるようにしたので、正極活物質組成物５がベルトフィーダ３３によりシャッタ３２に押しつけられて押し固められ、正極活物質組成物５の吐出に支障が生じる、というような吐出不良の発生を抑制することが可能である。

【0081】

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、長尺状の基材２１上に正極活物質組成物５を間欠的に供給するようにしたが、予めリチウムイオン電池１０１のサイズに合わせて切断された正極集電体１０２をベルトコンベアなどで搬送し、その搬送中の正極集電体１０２の上に正極活物質組成物５を供給するようにしてもよい。

【0082】

以上で説明した実施の形態は、請求項２～請求項６に記載の発明を含む。請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の粉体供給装置において、前記吐出口には、前記基材に供給された前記電極活物質組成物を均すための均しローラが設置されている、ことを特徴とする。請求項２に記載の発明によれば、基材上に均一な厚みの電極活物質組成物を間欠的に配置することが可能である。

【0083】

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の粉体供給装置において、前記ホッパー内には、前記吐出口に向けて前記電極活物質組成物を送り出すベルトフィーダが設置されている、ことを特徴とする。請求項３に記載の発明によれば、ホッパーから基材上に電極活物質組成物を安定的に供給することが可能である。

【0084】

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の粉体供給装置において、前記シャッタが開放されたときに前記ベルトフィーダを駆動させ、前記シャッタが閉じられたときに前記ベルトフィーダを停止させる制御手段を備える、ことを特徴とする。請求項４に記載の発明によれば、ホッパーから基材上に電極活物質組成物を安定的に供給することが可能である。また、シャッタが閉じられたときにベルトフィーダを停止させるようにしたので、電極活物質組成物がベルトフィーダによりシャッタに押しつけられて押し固められ、電極活物質組成物の吐出に支障が生じる、というような吐出不良の発生を抑制することが可能である。

【0085】

請求項５に記載の発明は、シート状の基材の上に、電極活物質粒子を含む粉体状の電極活物質組成物からなる電極活物質層が形成されたリチウムイオン電池用電極の製造装置であって、前記基材の上に前記電極活物質組成物を供給する供給手段と、前記基材と、前記供給手段とを相対移動させる移動手段と、を備え、前記供給手段として、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の粉体供給装置を用いた、ことを特徴とする。請求項５に記載の発明によれば、シャッタの開閉のみで基材上に電極活物質組成物を間欠的に配置することが可能である。また、基材の搬送速度に応じて、シャッタの開放量および開放時間を変えることにより、基材上に形成される電極活物質層のサイズ（厚みおよび長さ）を調整することが可能である。

【0086】

請求項６に記載の発明は、シート状の基材の上に、電極活物質粒子を含む粉体状の電極活物質組成物からなる電極活物質層が形成されたリチウムイオン電池用電極の製造方法であって、前記基材と、前記基材の上に前記電極活物質組成物を供給して前記電極活物質層を形成する供給手段と、を相対移動させ、前記供給手段として、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の粉体供給装置を用い、前記供給手段により前記基材上へ前記電極活物質組成物を供給する際に、前記吐出口のシャッタを開閉させる、ことを特徴とする。請求書６に記載の発明によれば、シャッタの開閉のみで基材上に電極活物質組成物を間欠的に配置することが可能である。また、基材の搬送速度に応じて、シャッタの開放量および開放時間を変えることにより、基材上に形成される電極活物質層のサイズ（厚みおよび長さ）を調整することが可能である。

【符号の説明】

【0087】

１ リチウムイオン電池用電極の製造装置（電極製造装置）
２ 基材供給部
３ 正極活物質組成物供給部（粉体供給装置、供給手段）
３１ ホッパー
３１ａ 吐出口
３２ シャッタ
３３ ベルトフィーダ
３４ 均しローラ
３５ 制御部（制御手段）
４ 加圧部
５ 正極活物質組成物
１０１ リチウムイオン電池
１０１Ａ 正極
１０１Ｂ 負極
１０２ 正極集電体
１０３ 正極活物質層
１０４ 負極集電体
１０５ 負極活物質層
１０６ セパレータ
１０７ 封止材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】