特開 2024-143728 電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法

(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】P2024143728

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/139 20100101AFI20241003BHJP

   H01M 4/04 20060101ALI20241003BHJP

   B05C 13/02 20060101ALI20241003BHJP

   B05C 15/00 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

H01M4/139

H01M4/04 A

B05C13/02

B05C15/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023056543

(22)【出願日】2023-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】519100310

【氏名又は名称】ＡＰＢ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】中村 竜生

(72)【発明者】

【氏名】白石 圭祐

(72)【発明者】

【氏名】池田 雄紀

【テーマコード（参考）】

4F042

5H050

【Ｆターム（参考）】

4F042AA22

4F042AB00

4F042DE01

4F042DE06

4F042DF24

5H050AA19

5H050BA08

5H050BA16

5H050BA17

5H050GA04

5H050GA22

5H050GA27

(57)【要約】      （修正有）

【課題】減圧チャンバ内で帯状の基材フィルムに対して電極組成物を供給し電池用電極の製造を行う場合に、帯状の基材フィルムから切り出した後の残存部分を減圧チャンバのスリットを通して回収する際の詰まりを抑制する、電池用電極製造装置および方法。
【解決手段】電池用電極製造装置１０００は、内部が大気圧よりも減圧されたチャンバ１００と、チャンバ内に設けられた、活物質を含む電極組成物２２Ｃの供給部３００に向けて、帯状基材フィルム２１Ｂを搬送する搬送部２００と、基材フィルムから電極組成物の供給位置を含む部分を切り出す加工部５００と、チャンバ外部において、チャンバに設けられたスリットを通して、前記部分が切り出された後の基材フィルムの残存部分２１Ｂ’の回収部２１Ｒ’とを備え、加工部は、基材フィルムの幅方向における端部を含まず、且つ、搬送方向において隣り合う複数の前記部分の間に隙間を生じないように、切り出す。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部が大気圧よりも減圧されたチャンバと、
前記チャンバ内に設けられた、活物質を含む電極組成物を供給する供給部に向けて、帯状の基材フィルムを搬送する搬送部と、
前記基材フィルムから前記電極組成物の供給位置を含む部分を切り出す加工部と、
前記チャンバの外部において、前記チャンバに設けられたスリットを通して、前記部分が切り出された後の前記基材フィルムの残存部分を回収する回収部とを備え、
前記加工部は、前記基材フィルムの幅方向における端部を含まず、且つ、前記基材フィルムの搬送方向において隣り合う複数の前記部分の間に隙間を生じないように、前記部分を切り出す、電池用電極製造装置。

【請求項2】

切り出された前記部分における前記搬送方向の長さを調整する調整部を更に備える、請求項１に記載の電池用電極製造装置。

【請求項3】

内部が大気圧よりも減圧されたチャンバ内に設けられた、活物質を含む電極組成物を供給する供給部に向けて、帯状の基材フィルムを搬送する搬送工程と、
前記基材フィルムから、前記電極組成物の供給位置を含む部分を、前記基材フィルムの幅方向における端部を含まず、且つ、前記基材フィルムの搬送方向において隣り合う複数の前記部分の間に隙間を生じないように切り出す加工工程と、
前記チャンバの外部において、前記チャンバに設けられたスリットを通して、前記部分が切り出された後の前記基材フィルムの残存部分を回収する回収工程と、を含む、電池用電極製造方法。

【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及び電池用電極製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン電池は高容量の二次電池であり、近年様々な用途で使用されている。リチウムイオン電池の電極は、活物質層、集電体層、セパレータ、及び、活物質層を封入する枠体等によって構成される（例えば、特許文献１参照）。リチウムイオン電池における活物質層は、例えば特許文献２に記載のように、帯状の基材フィルムに対して電極組成物を間欠的に供給して圧縮することにより、形成することができる。

【0003】

また、品質向上のため、電極組成物の供給を減圧チャンバ内で実行することが考えられる。これにより、電極組成物の供給時における電極組成物への空気の巻き込みを抑制し、活物質層の均一性を向上することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６６３３８６６号公報

【特許文献2】特開２０２１－２７０４３号公報

【特許文献3】特開２０１７－２０５９６６号公報

【特許文献4】実開平５－２６９４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電極組成物の供給を帯状の基材フィルムに対して行なうことにより、電極組成物の供給を連続的に行なうことが可能となり、製造効率が向上する。かかる手法でリチウムイオン単電池（単セル）を製造する場合、電極組成物の供給や圧縮といった工程を行なった後、帯状の基材フィルムから、電極組成物の供給位置を含む部分を単位ごとに切り出す工程が行なわれる。切り出された後には、例えば特許文献３や４に記載のケースと同様に、ラダー状の部材が残存する。

【0006】

切り出し工程の後に残存した基材フィルムについては、減圧チャンバの外部まで搬送して回収する必要がある。例えば、減圧チャンバの外部に設けたロールにより、減圧チャンバに設けたスリットを通じて、残存した基材フィルムを巻き取って回収することが考えられる。しかしながら、減圧チャンバ内の減圧状態を維持するためにはスリットの幅は小さくする必要があり、また、ラダー状に残存した基材フィルムにおいて撓みが発生することもあって、スリットで基材フィルムが詰まってしまう場合がある。

【0007】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、減圧チャンバ内で帯状の基材フィルムに対して電極組成物を供給して電池用電極の製造を行なう場合に、帯状の基材フィルムから電極組成物の供給位置を含む部分を切り出した後の残存部分を減圧チャンバのスリットを通して回収する際の詰まりを抑制することができる電池用電極製造装置及び電池用電極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、本発明に係る電池用電極製造装置は、内部が大気圧よりも減圧されたチャンバと、前記チャンバ内に設けられた、活物質を含む電極組成物を供給する供給部に向けて、帯状の基材フィルムを搬送する搬送部と、前記基材フィルムから前記電極組成物の供給位置を含む部分を切り出す加工部と、前記チャンバの外部において、前記チャンバに設けられたスリットを通して、前記部分が切り出された後の前記基材フィルムの残存部分を回収する回収部とを備え、前記加工部は、前記基材フィルムの幅方向における端部を含まず、且つ、前記基材フィルムの搬送方向において隣り合う複数の前記部分の間に隙間を生じないように、前記部分を切り出す。

【発明の効果】

【0009】

本発明の電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法によれば、減圧チャンバ内で帯状の基材フィルムに対して電極組成物を供給して電池用電極の製造を行なう場合に、帯状の基材フィルムから電極組成物の供給位置を含む部分を切り出した後の残存部分を減圧チャンバのスリットを通して回収する際の詰まりを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施形態の電池用電極製造装置を用いて製造される電池の単セルの断面模式図である。

【図2】図２は、実施形態の電池用電極製造装置の概略図である。

【図3A】図３Ａは、実施形態の加工装置による切り出し工程について説明するための図である。

【図3B】図３Ｂは、実施形態の基材フィルムの残存部分について説明するための図である。

【図3C】図３Ｃは、実施形態の基材フィルムの残存部分について説明するための図である。

【図4A】図４Ａは、実施形態の加工装置による切り出し工程について説明するための図である。

【図4B】図４Ｂは、実施形態の加工装置による切り出し工程について説明するための図である。

【図4C】図４Ｃは、実施形態の基材フィルムの残存部分について説明するための図である。

【図4D】図４Ｄは、実施形態の基材フィルムの残存部分について説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（実施形態）
以下、図面を参照して実施形態について説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、一部を省略して図示している場合がある。

【0012】

＜組電池（二次電池）＞
実施形態の電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法は、例えば、リチウムイオン電池の製造に適用される。リチウムイオン電池は、複数のリチウムイオン単電池（単セル又は電池セルとも記載する）を組み合わせてモジュール化した組電池、或いは、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される。以下では、リチウムイオン二次電池の例を示すが、本発明に係る二次電池の種類としてリチウムイオン二次電池に限定されず、他の二次電池を含む。

【0013】

＜単セル（電池セル）＞
図１は、単セル１０の断面模式図である。単セル１０を複数組み合わせることで上記の組電池を作製することが可能である。例えば、単セル１０は、２つの電極２０（電池用電極）としての正極２０ａ及び負極２０ｂと、セパレータ３０とを有する。

【0014】

セパレータ３０は、正極２０ａと負極２０ｂとの間に配置される。組電池において、複数の単セル１０は、正極２０ａと負極２０ｂとを同方向に向けて積層される。

【0015】

セパレータ３０には、電解質が保持される。これにより、セパレータ３０は、電解質層として機能する。セパレータ３０は、正極２０ａ及び負極２０ｂの電極活物質層２２の間に配置され、これらが互いに接触することを抑制する。これにより、セパレータ３０は、正極２０ａと負極２０ｂとの間の隔壁として機能する。

【0016】

セパレータ３０に保持される電解質としては、例えば、電解液またはゲルポリマ電解質等が挙げられる。これらの電解質を用いることで、高いリチウムイオン伝導性が確保される。セパレータの形態としては、例えば、上記電解質を吸収保持するポリマや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等を挙げることができる。

【0017】

正極２０ａ及び負極２０ｂは、それぞれ、集電体２１と、電極活物質層２２と、枠体３５とを有する。電極活物質層２２と集電体２１とは、セパレータ３０側からこの順に並ぶ。枠体３５は、額縁状（環状）である。枠体３５は、電極活物質層２２の周囲を囲む。正極２０ａの枠体３５と負極２０ｂの枠体３５とは、互いに溶着され一体化されている。以下の説明において、正極２０ａ及び負極２０ｂの電極活物質層２２を互いに区別する場合、これらをそれぞれ正極活物質層２２ａ、負極活物質層２２ｂと呼ぶ。

【0018】

＜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。

【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。

【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）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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

＜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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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、３００～７５０μｍであることが好ましく、３５０～６００μｍであることがより好ましい。

【0032】

実施形態において、正極活物質層２２ａを形成するために供給される正極組成物は、正極活物質と非水電解液を含んでなる湿潤粉体であってもよい。また、湿潤粉体はペンデュラー状態又はファニキュラー状態であることがより好ましい。

【0033】

湿潤粉体における非水電解液の割合は、特に限定されないが、ペンデュラー状態又はファニキュラー状態とするためには、正極の場合には非水電解液の割合を湿潤粉体全体の０．５～１５重量％とすることが望ましい。

【0034】

＜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。

【0035】

＜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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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、４５０～９００μｍであることが好ましく、５００～７５０μｍであることがより好ましい。

【0043】

実施形態において、負極活物質層２２ｂを形成するために供給される負極組成物は、負極活物質と非水電解液を含んでなる湿潤粉体であってもよい。また、湿潤粉体はペンデュラー状態又はファニキュラー状態であることがより好ましい。

【0044】

湿潤粉体における非水電解液の割合は、特に限定されないが、ペンデュラー状態又はファニキュラー状態とするためには、負極の場合には非水電解液の割合を湿潤粉体全体の０．５～２５重量％とすることが望ましい。

【0045】

＜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電解質等が挙げられる。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。

【0046】

＜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。

【0047】

＜電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法＞
次に、実施形態の電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法（以下、製造方法と略して呼ぶ）について説明する。例えば、電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法では、まず正極２０ａ及び負極２０ｂが製造される。正極２０ａの製造方法と負極２０ｂの製造方法とは、主に電極活物質層２２に含まれる電極活物質が異なる。ここでは、電極２０の製造方法として、正極２０ａ及び負極２０ｂの製造方法をまとめて説明する。

【0048】

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、搬送装置２００、電極組成物供給装置３００、プレス装置４００、加工装置５００、及び、枠体供給装置６００を含む。搬送装置２００は、搬送部の一例であり、搬送工程を実行する。電極組成物供給装置３００は、供給部の一例である。加工装置５００は、加工部の一例であり、加工工程を実行する。なお、以下では、帯状の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。

【0049】

チャンバ１００は、内部を大気圧よりも減圧された状態に保持できる部屋である。チャンバ１００の内部は、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１０１ｋＰａ）である。

【0050】

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から引き出された帯状の集電体２１Ｂが、スリットを通してチャンバ１００の内部に搬送される。以下、帯状の集電体２１Ｂを集電体２１Ｂと記載する場合がある。なお、集電体２１Ｂは、上述した集電体２１が所定の形状に切り出される前のものである。集電体２１Ｂは、搬送方向Ｄａ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Ｄａ１、その反対方向を上流側Ｄａ２として説明する。集電体ロール２１Ｒが配置されるチャンバ１００の外部空間は、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。

【0051】

なお、図２に示す通り、鉛直方向Ｄｂにおける上側をＤｂ１、鉛直方向Ｄｂにおける下側をＤｂ２とする。搬送方向Ｄａ及び鉛直方向Ｄｂに対して直交する方向は、集電体２１Ｂ、及び、集電体２１Ｂに載置される電極組成物２２Ｃの幅方向Ｄｃに対応する。

【0052】

搬送装置２００は、集電体２１Ｂを、搬送方向Ｄａの下流側Ｄａ１に搬送する。例えば、搬送装置２００は、集電体２１Ｂを下側から支持するベルトコンベアである。なお、後述の電極組成物供給装置３００による電極組成物２２Ｃの供給が行なわれた後、搬送装置２００は、電極組成物２２Ｃを載せた集電体２１Ｂを搬送することとなる。

【0053】

電極組成物供給装置３００は、図２に示す通り、チャンバ１００内で搬送される集電体２１Ｂに対して電極組成物２２Ｃを供給する。電極組成物２２Ｃは、少なくとも活物質（正極活物質又は負極活物質）を含む物質である。後述するプレス装置４００等によって電極組成物２２Ｃを圧縮することにより、電極活物質層２２（正極活物質層２２ａ、負極活物質層２２ｂ）が形成される。

【0054】

例えば、電極組成物供給装置３００は、集電体２１Ｂに対して、電極組成物２２Ｃを矩形状に供給する。具体的には、電極組成物供給装置３００は、鉛直方向Ｄｂから見て矩形状となるように、電極組成物２２Ｃを供給する。供給された電極組成物２２Ｃは、搬送方向Ｄａ又は幅方向Ｄｃに平行な四つの辺を有する形状となる。

【0055】

例えば、電極組成物供給装置３００は、電極組成物２２Ｃを内部に保持するホッパと、当該ホッパの開口部を開閉するシャッタとを備える。この場合、ホッパの開口部を開いた状態にしている間は電極組成物２２Ｃの供給が行なわれ、ホッパの開口部を閉じた状態にしている間は電極組成物２２Ｃの供給が停止する。このように、シャッタによりホッパの開口部を開閉することで、集電体２１Ｂに対して電極組成物２２Ｃを供給することができる。

【0056】

別の例を挙げると、電極組成物供給装置３００は、電極組成物２２Ｃを内部に保持するホッパであって、内壁の一部又は全部をムービングベルトで構成したホッパを備える。この場合、ムービングベルトの回転を制御することにより、集電体２１Ｂに対する電極組成物２２Ｃの供給及び停止を制御して、電極組成物２２Ｃを供給することができる。ホッパの開口部を開閉するシャッタを更に設け、シャッタによる開口部の開閉とムービングベルトの動作とを連動させることにより、電極組成物２２Ｃを供給することとしてもよい。

【0057】

プレス装置４００は、集電体２１Ｂに供給された電極組成物２２Ｃを圧縮する。例えば、プレス装置４００は、図２に示す通り、上部ローラ４０１及び下部ローラ４０２を有する。プレス装置４００は、上部ローラ４０１及び下部ローラ４０２により、集電体２１Ｂに供給された電極組成物２２Ｃを挟み込んで圧縮する。即ち、プレス装置４００は、電極組成物２２Ｃに対するロールプレスを実行する。

【0058】

加工装置５００は、集電体２１Ｂから、電極組成物２２Ｃの供給位置を含む部分を切り出す。例えば、加工装置５００は、集電体２１Ｂのうち、矩形状に供給された一塊の電極組成物２２Ｃを含む矩形の領域を、電極組成物２２Ｃの供給位置を含む部分として切り出す。以下、加工装置５００によって集電体２１Ｂから切り出された部分については、集電体２１Ｃとも記載する。また、集電体２１Ｃが切り出された後の集電体２１Ｂの残存部分については、集電体２１Ｂ’とも記載する。

【0059】

集電体２１Ｃは、図２に示すように、電極組成物供給装置３００による供給及びプレス装置４００による圧縮を受けた電極組成物２２Ｃが載置された状態となる。枠体供給装置６００は、集電体２１Ｃに対して枠体３５を供給する。例えば、枠体供給装置６００は、ロボットアームを有し、事前に製造された枠体３５を集電体２１Ｃ上の所定の位置に配置する。具体的には、枠体供給装置６００は、集電体２１Ｃ上の電極組成物２２Ｃを囲う位置に、枠体３５を配置する。或いは、枠体供給装置６００は、集電体２１Ｃの上で枠体３５を製造してもよい。一例を挙げると、集電体２１Ｃ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２１Ｃ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２１Ｃ上に枠体３５を形成することができる。

【0060】

集電体２１Ｃ、電極組成物２２Ｃ及び枠体３５により、図１に示した正極２０ａ又は負極２０ｂが構成される。正極２０ａ及び負極２０ｂのそれぞれが作製された後、正極２０ａ及び負極２０ｂのいずれか一方に対してセパレータ３０の供給が行なわれ、セパレータ３０を挟んで正極２０ａと負極２０ｂとを貼り合わせることにより、単セル１０が作製される。例えば、正極２０ａと負極２０ｂとを貼り合わせて熱シールすることにより、単セル１０を作製することができる。

【0061】

一方で、集電体２１Ｂ’は、チャンバ１００の外部において回収される。例えば、チャンバ１００の外部に回収ロール２１Ｒ’が設けられ、回収ロール２１Ｒ’は、チャンバ１００に設けられたスリットを通して、集電体２１Ｂ’を巻き取って回収する。回収ロール２１Ｒ’は、回収部の一例であり、回収工程を実行する。

【0062】

集電体２１Ｂ’の回収について、図３Ａ～図３Ｃを用いてより詳細に説明する。例えば、加工装置５００は、図３Ａの点線に示すように、集電体２１Ｂから、電極組成物２２Ｃの供給位置を含む部分を切り出す。加工装置５００は、例えば車輪状のカッターを備える。かかるカッターは、例えば、円周方向に沿って設けられる２つの第１の刃と、回転軸に平行な２つの第２の刃とを組み合わせて構成される。より具体的には、第１の刃は、円周の一部を除いて設けられる弧状の刃である。当該第１の刃を含む車輪状のカッターを、図３Ａに示す幅方向Ｄｃを回転軸として回転させることにより、図３Ａに示す点線のうち搬送方向Ｄａに平行な部分の切込みを入れることが可能である。また、第２の刃は、第１の刃における弧の端部に接続するように設けられた、回転軸に平行な直線状の刃である。当該第２の刃を含む車輪状のカッターを、図３Ａに示す幅方向Ｄｃを回転軸として回転させることにより、図３Ａに示す点線のうち幅方向Ｄｃに平行な部分の切込みを入れることが可能である。

【0063】

図３Ａの点線に沿って集電体２１Ｃが切り出された後の残存部分（集電体２１Ｂ’）は、図３Ｂに示すようにラダー状となる。即ち、図３Ｂに示す集電体２１Ｂ’は、帯状の集電体２１Ｂの幅方向Ｄｃにおける両側の端部と、当該両側の端部を接続する渡し部分とから構成されている。

【0064】

回収ロール２１Ｒ’によって巻き取って集電体２１Ｂ’を回収する場合、集電体２１Ｂ’の搬送方向Ｄａについては張力が加わって撓みのない状態となる一方、幅方向Ｄｃに撓みが生じる場合がある。具体的には、図３Ｃに示すように、集電体２１Ｂ’の渡し部分が撓んでしまう場合がある。集電体２１Ｂ’の回収時には、スリットを通してチャンバ１００の外部に集電体２１Ｂ’を搬送する必要があるところ、チャンバ１００のスリットは、チャンバ１００内の減圧状態を維持するために幅が小さくなっている。そして、集電体２１Ｂ’の渡し部分に撓みが生じることにより、スリットで詰まりを生じ、ひいては集電体２１Ｂ’がちぎれてしまう場合もある。

【0065】

そこで、実施形態の加工装置５００は、幅方向Ｄｃにおける端部を含まず、且つ、搬送方向Ｄａにおいて集電体２１Ｃの間に隙間を生じないように集電体２１Ｃを切り出すことにより、残存する集電体２１Ｂ’をチャンバ１００のスリットを通して回収する際の詰まりを抑制する。以下、加工装置５００による処理について、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ及び図４Ｄを用いて説明する。

【0066】

例えば、加工装置５００は、図４Ａ又は図４Ｂの点線に示すように、集電体２１Ｂから、電極組成物２２Ｃの供給位置を含む部分を切り出す。即ち、図４Ａ又は図４Ｂにおいて、加工装置５００は、搬送方向Ｄａにおいて隣り合う部分の間に隙間を生じないように、電極組成物２２Ｃの供給位置を含む部分（集電体２１Ｃ）を切り出す。

【0067】

図４Ａの加工を行なう場合、加工装置５００は、例えば車輪状のカッターを備える。かかるカッターは、例えば、円周方向に沿って設けられる２つの第１の刃と、回転軸に平行な１つの第２の刃とを組み合わせて構成される。より具体的には、第１の刃は、円周に沿って設けられる輪状の刃である。当該第１の刃を含む車輪状のカッターを、図４Ａに示す幅方向Ｄｃを回転軸として回転させることにより、図４Ａに示す点線のうち搬送方向Ｄａに平行な部分の切込みを入れることが可能である。また、第２の刃は、第１の刃に接続するように設けられた、回転軸に平行な直線状の刃である。当該第２の刃を含む車輪状のカッターを、図４Ａに示す幅方向Ｄｃを回転軸として回転させることにより、図４Ａに示す点線のうち幅方向Ｄｃに平行な部分の切込みを入れることが可能である。図４Ｂに示す点線についても、例えば車輪状のカッターにおける直径を大きくすることにより、同様に実現することができる。

【0068】

図４Ａ又は図４Ｂの点線に沿って集電体２１Ｃが切り出された後の残存部分（集電体２１Ｂ’）は、図４Ｃに示すように、渡し部分を含まない帯状となる。このような集電体２１Ｂ’を回収ロール２１Ｒ’によって巻き取って回収する場合に撓みは生じず、図４Ｄに示すように、幅の小さいスリットについても詰まることなく通過することができる。

【0069】

なお、図４Ａの加工を行なう場合、図３Ａのケースと比較し、集電体２１Ｃが切り出されるピッチが速くなる。一方で、図４Ｂの加工を行なう場合、集電体２１Ｃが切り出されるピッチは図３Ａと同じである一方、図３Ａや図４Ａのケースと比較し、集電体２１Ｃの搬送方向Ｄａにおける寸法が長くなる。図４Ｂの加工を行なう場合、電池用電極製造装置は、切り出された集電体２１Ｃにおける搬送方向Ｄａの長さを調整する調整装置（図示せず）を更に備えることとしてもよい。調整装置による集電体２１Ｃの長さの調整は、加工装置５００によって集電体２１Ｃが切り出された直後に行なわれてもよいし、枠体供給装置６００による枠体３５の供給後に行なわれてもよいし、正極２０ａと負極２０ｂとを貼り合わせた後に行なわれてもよい。

【0070】

上述した実施形態の他、リチウムイオン電池の製造に至るまでの具体的なフローについては、様々な変形が可能である。

【0071】

例えば、図２では、加工装置５００により切り出された集電体２１Ｃに対して、枠体３５の供給が行なわれるものとして説明したが、枠体３５の供給後に集電体２１Ｃの切り出しを行なうこととしてもよい。この場合、加工装置５００は、集電体２１Ｂから、電極組成物２２Ｃ及び枠体３５の供給位置を含む部分を、集電体２１Ｃとして切り出すことができる。

【0072】

また、例えば、正極２０ａと負極２０ｂとの貼り合わせを行なう前に、電極活物質層２２に対して、電解液の注液を行なうこととしてもよい。電極組成物供給装置３００により供給される電極組成物２２Ｃが電解液及び活物質を含む湿潤紛体である場合においても、電極組成物２２Ｃに包含させる電解液は必要量の一部として、残りの電解液を注液する工程を後に設けることとしてもよい。

【0073】

また、例えば、上述したプレス装置４００によるプレスを一次プレスとして、後に二次プレスを更に行なうこととしてもよい。二次プレスは、例えば、正極２０ａと負極２０ｂとの貼り合わせ後に実行される。

【0074】

二次プレスを行なう場合、一次プレスでは圧縮率を低めに設定することができるため、プレス時の変形を抑えて寸法精度を向上させたり、注液性を向上させたりすることができる。また、二次プレスは枠体３５が設けられた状態で行われるため、プレス時の変形が抑制される。なお、二次プレスによるセパレータ３０の破損を予防するため、セパレータ３０の強度を高めたり、セパレータ３０を二重にしたりしてもよい。

【0075】

上述した通り、実施形態では、電極組成物供給装置３００による電極組成物２２Ｃの供給を、内部が大気圧よりも減圧されたチャンバ１００内で実行する。これにより、電極組成物２２Ｃへの空気の巻き込みを抑制でき、電極活物質層２２の均一性を向上することができる。

【0076】

上述した実施形態では、電極組成物２２Ｃが供給される帯状の基材フィルムが帯状の集電体２１Ｂであるものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図２に示した帯状の集電体２１Ｂに代えて、帯状のセパレータシートや、帯状の離形フィルムを基材フィルムとしてもよい。なお、帯状のセパレータシートは、後にトリミングすることで、図１に示したセパレータ３０を形成することができる。

【0077】

例えば、セパレータシートを基材フィルムとする場合、セパレータシート上に電極組成物２２Ｃを供給し、電極組成物２２Ｃにおけるセパレータシートと反対側の面に集電体２１Ｂを供給し、セパレータシート及び集電体２１Ｂを所定の形状にトリミングし、更に、枠体３５を供給することで、正極２０ａ又は負極２０ｂを作製することができる。

【0078】

また、離形フィルムを基材フィルムとする場合、離形フィルム上に電極組成物２２Ｃを供給し、電極組成物２２Ｃにおける離形フィルムと反対側の面に集電体２１Ｂを供給し、離形フィルムを回収した後、集電体２１Ｂと反対側の面にセパレータシートを供給し、集電体２１Ｂ及びセパレータシートを所定の形状にトリミングし、更に、枠体３５を供給することで、正極２０ａ又は負極２０ｂを作製することができる。なお、セパレータシートを供給して後にトリミングすることに代え、電極組成物２２Ｃに対してセパレータ３０を供給することとしても構わない。

【0079】

或いは、離形フィルム上に電極組成物２２Ｃを供給し、電極組成物２２Ｃにおける離形フィルムと反対側の面にセパレータシートを供給し、離形フィルムを回収した後、セパレータシートと反対側の面に集電体２１Ｂを供給し、セパレータシート及び集電体２１Ｂを所定の形状にトリミングし、更に、枠体３５を供給することで、正極２０ａ又は負極２０ｂを作製することができる。なお、集電体２１Ｂを供給して後にトリミングすることに代え、所定の形状にトリミングされた集電体２１を電極組成物２２Ｃに対して供給することとしても構わない。

【0080】

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。二次電池のうち、以上の説明で例示したリチウムイオン二次電池を用いる場合は、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、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。

【符号の説明】

【0081】

１０：単セル
２０：電極
２０ａ：正極
２０ｂ：負極
２１、２１Ｂ、２１Ｂ’ ２１Ｃ：集電体
２１ａ：正極集電体層
２１ｂ：負極集電体層
２１Ｒ：集電体ロール
２１Ｒ’：回収ロール
２２：電極活物質層
２２ａ：正極活物質層
２２ｂ：負極活物質層
２２Ｃ：電極組成物
３０：セパレータ
３５：枠体
１００：チャンバ
２００：搬送装置
３００：電極組成物供給装置
４００：プレス装置
４０１：上部ローラ
４０２：下部ローラ
５００：加工装置
６００：枠体供給装置
１０００：電池用電極製造装置
Ｄａ：搬送方向
Ｄａ１：下流側
Ｄａ２：上流側
Ｄｂ：鉛直方向
Ｄｂ１：上側
Ｄｂ２：下側
Ｄｃ：幅方向
Ｄｃ１：奥側
Ｄｃ２：手前側

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】