特許 7301809 電池用電極の製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-23

(45)【発行日】2023-07-03

(54)【発明の名称】電池用電極の製造装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/04 20060101AFI20230626BHJP

   H01M 4/139 20100101ALI20230626BHJP

【ＦＩ】

H01M4/04 Z

H01M4/139

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020199039

(22)【出願日】2020-11-30

(65)【公開番号】P2022086814

(43)【公開日】2022-06-09

【審査請求日】2022-04-15

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】519100310

【氏名又は名称】ＡＰＢ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121430

【弁理士】

【氏名又は名称】嶋田 義之

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(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

【審査官】儀同 孝信

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１２９４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０６５４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１２９４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１８１７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１８２１１１８９（ＤＥ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０２５９８３６８（ＣＮ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１５－０１１７９２４（ＫＲ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５４２５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０３１９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１９３９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１２３６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２６６５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１０７２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５２５２９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ４／０４

Ｈ０１Ｍ ４／１３９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部が大気圧よりも減圧される第１チャンバと、
前記第１チャンバ内に配置された集電体上に、粉体状の活物質を供給する活物質供給部と、
前記集電体上に供給された前記活物質を圧縮する圧縮部と、を備え、
前記活物質供給部及び前記圧縮部が前記第１チャンバ内に配置され、
内部が大気圧よりも減圧され、前記第１チャンバに並べて配置された第２チャンバと、
少なくとも一部が前記第２チャンバ内に配置され、前記集電体を前記第１チャンバ内に供給する集電体供給部と、
を備える、電池用電極の製造装置。

【請求項2】

前記集電体上に、環状の枠体を供給する枠体供給部を備え、
前記枠体供給部は、前記第１チャンバ内に配置されている、請求項１に記載の電池用電極の製造装置。

【請求項3】

前記枠体供給部は、前記活物質供給部よりも上流側に配設され、
前記集電体上へ供給される前記活物質は、前記枠体内に供給される、請求項２に記載の電池用電極の製造装置。

【請求項4】

前記集電体は、前記第１チャンバ内に所定の速度で供給され、
前記活物質供給部から供給された前記活物質は、前記集電体上に第１の厚さで配置され、
前記圧縮部は、前記第１の厚さの前記活物質を、前記第１の厚さよりも薄い第２の厚さに圧縮する、請求項１から３のいずれか一項に記載の電池用電極の製造装置。

【請求項5】

前記集電体供給部は、帯状の前記集電体の端部同士を接合することで、連続的に前記集電体を前記第１チャンバ内に供給する、請求項１に記載の電池用電極の製造装置。

【請求項6】

前記第２チャンバの内部の圧力は、前記第１チャンバの内部の圧力よりも高い、請求項１又は５に記載の電池用電極の製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池用電極の製造装置およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン電池は、一般に、正極集電体の表面に正極活物質層が形成された正極と、負極集電体の表面に負極活物質層が形成された負極とが、セパレータを介して積層されて構成される。このリチウムイオン電池用電極を製造する際には、例えば特許文献１に記載されたように、集電体上に活物質を供給した後、当該活物質を圧縮することが行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６６３３８６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１では、大気中において、集電体上に活物質を供給した後圧縮している。集電体上への活物質供給が大気中で行われると、空気が含まれた活物質層が集電体上に形成されることがある。そして、集電体上に形成された活物質層の圧縮が大気中で行われると、空気が残った状態のまま活物質層を圧縮することとなるので、圧縮後に空気が膨張し、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ことがある。リチウムイオン電池に用いる電極は、集電体上に供給された活物質を含む活物質層が均質に形成されることで、安定した電池の性能を発揮するが、従来の構成では、前述した問題を抑制することが困難であり、所望の電池の性能が得られない虞がある。

【0005】

本発明は、活物質層に空気が含まれることを抑制し、集電体上に形成される活物質層の均一性を向上させることができる電池用電極の製造装置およびそ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】

【0006】

本発明の一態様の電池用電極の製造装置は、内部が大気圧よりも減圧される第１チャンバと、前記第１チャンバ内に配置された集電体上に、粉体状の活物質を供給する活物質供給部と、前記集電体上に供給された前記活物質を圧縮する圧縮部と、を備え、前記活物質供給部及び前記圧縮部が前記第１チャンバ内に配置されている。

【0007】

本発明の一態様の電池用電極の製造方法は、内部が大気圧よりも減圧された第１チャンバ内に配置された集電体上に、粉体状の活物質を供給する工程と、前記集電体上に供給された前記活物質を圧縮する工程と、を有し、前記集電体への前記活物質の供給、及び、前記活物質の圧縮は、前記第１チャンバ内で行われる。

【発明の効果】

【0008】

本発明の電池用電極の製造装置およびその製造方法によれば、活物質を圧縮する際に、活物質に空気が含まれるのを抑制し、集電体上に形成される活物質層の均一性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態の電池用電極の製造装置を用いて製造される電池の断面模式図である。

【図2】同電池の単セルの断面模式図である。

【図3】一実施形態の電池用電極の製造装置の一部を破断した斜視図である。

【図4】同電池用電極の製造装置を構成する枠体供給装置の斜視図である。

【図5】同電池用電極の製造装置を構成する活物質供給装置および第２圧縮装置における一部を破断した斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して本発明を適用した一実施形態について詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。

【0011】

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

【0012】

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

【0013】

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

【0014】

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

【0015】

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

【0016】

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

【0017】

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

【0018】

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

【0019】

セパレータ４０には、電解質が保持される。これにより、セパレータ４０は、電解質層として機能する。セパレータ４０は、正極３０ａおよび負極３０ｂの電極活物質層３２の間に配置され、これらが互いに接触することを抑制する。これにより、セパレータ４０は、正極３０ａと負極３０ｂとの間の隔壁として機能する。

【0020】

セパレータ４０に保持される電解質としては、例えば、電解液またはゲルポリマー電解質などが挙げられる。これらの電解質を用いることで、高いリチウムイオン伝導性が確保される。セパレータの形態としては、例えば、上記電解質を吸収保持するポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータなどを挙げることができる。

【0021】

正極３０ａおよび負極３０ｂは、それぞれ、集電体３１と、電極活物質層３２と、枠体４５と、を有する。電極活物質層３２と集電体３１とは、セパレータ４０側からこの順に並ぶ。枠体４５は、額縁状（環状）である。枠体４５は、電極活物質層３２の周囲を囲む。正極３０ａの枠体４５と負極３０ｂの枠体４５とは、互いに溶着され一体化されている。

【0022】

以下の説明において、正極３０ａおよび負極３０ｂの電極活物質層３２を互いに区別する場合、これらをそれぞれ正極活物質層３２ａ、負極活物質層３２ｂと呼ぶ。

【0023】

枠体４５は、集電体３１同士の接触や単セル２０の端部における短絡を防止する。枠体４５を構成する材料としては、絶縁性、シール性（液密性）、電池動作温度下での耐熱性など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。

【0024】

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

【0025】

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

【0026】

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

【0027】

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

【0028】

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

【0029】

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

【0030】

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

【0031】

正極活物質としては、例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、Ｌｉ（Ｎｉ－Ｍｎ－Ｃｏ）Ｏ_２およびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたものなどのリチウム－遷移金属複合酸化物、リチウム－遷移金属リン酸化合物、リチウム－遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、２種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム－遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。より好ましくはリチウムとニッケルとを含有する複合酸化物が用いられる。さらに好ましくはＬｉ（Ｎｉ－Ｍｎ－Ｃｏ）Ｏ_２およびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの（以下、「ＮＭＣ複合酸化物」と呼ぶ）、またはリチウム－ニッケル－コバルト－アルミニウム複合酸化物などが用いられる。ＮＭＣ複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属（Ｍｎ、ＮｉおよびＣｏが秩序正しく配置）原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を有する。そして、遷移金属１原子あたり１個のＬｉ原子が含まれ、取り出せるＬｉ量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の２倍、つまり供給能力が２倍になり、高い容量を持つことができる。

【0032】

負極活物質としては、例えば、グラファイト（黒鉛）、ソフトカーボン、ハードカーボンなどの炭素材料、リチウム－遷移金属複合酸化物（例えば、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、金属材料（スズ、シリコン）、リチウム合金系負極材料（例えばリチウム－スズ合金、リチウム－シリコン合金、リチウム－アルミニウム合金、リチウム－アルミニウム－マンガン合金など）などが挙げられる。場合によっては、２種以上の負極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、炭素材料、リチウム－遷移金属複合酸化物、リチウム合金系負極材料が、負極活物質として好ましく用いられる。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。また、（メタ）アクリレート系共重合体などの被覆用樹脂は特に炭素材料に対して付着しやすいという性質を有している。したがって、構造的に安定した電極材料を提供するという観点からは、負極活物質として炭素材料を用いることが好ましい。

【0033】

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

【0034】

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

【0035】

電解液（液体電解質）は、溶媒にリチウム塩が溶解した形態を有する。本発明の電解液を構成する溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネートなどのカーボネート類が挙げられる。リチウム塩としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６ＬｉＣｌＯ_４、Ｌｉ［（ＦＳＯ_２）_２Ｎ］（ＬｉＦＳＩ）などの無機酸のリチウム塩、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２、およびＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３などの有機酸のリチウム塩などが挙げられる。なお、電解液におけるリチウム塩の濃度は、０．１～３．０Ｍであることが好ましく、０．８～２．２Ｍであることがより好ましい。また、添加剤を使用する場合の使用量は、添加剤を添加する前の電解液１００質量％に対して、好ましくは０．５～１０質量％、より好ましくは０．５～５質量％である。

【0036】

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

【0037】

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

【0038】

＜製造装置および電池用電極の製造方法＞
次に、本実施形態の製造装置および電池用電極の製造方法（以下、製造方法と略して呼ぶ）について説明する。製造装置および製造方法では、まず正極３０ａおよび負極３０ｂが製造される。正極３０ａの製造方法と負極３０ｂの製造方法とは、主に電極活物質層３２に含まれる電極活物質が異なる。ここでは、電極３０の製造方法として、正極３０ａおよび負極３０ｂの製造方法をまとめて説明する。

【0039】

図３は、製造装置１０００の斜視図である。製造装置１０００は、第１チャンバ（チャンバ）１００と、第２チャンバ２００と、集電体供給装置（集電体供給部）３００と、搬送装置４００と、枠体供給装置（枠体供給部）５００と、第１ロールプレス６００と、活物質供給装置（活物質供給部）７００と、第２ロールプレス（圧縮部）８００と、制御部９００と、を備えている。

【0040】

第１チャンバ１００および第２チャンバ２００は、それぞれ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。第１チャンバ１００の側壁には、耐圧ガラスにより形成された窓である観察窓（ビューイングポート）１０１が設けられている。このため、第１チャンバ１００の外部から、観察窓１０１を通して第１チャンバ１００内を観察できる。
第１チャンバ１００の内部は、図示しない第１減圧ポンプにより大気圧よりも減圧される。第１チャンバ１００の内部の圧力は、大気圧よりも減圧されていれば任意の値でよいが、例えば、大気圧から１×１０^－１～１×１０^－２Ｐａまでの低真空環境となるように調整されていてもよいし、１×１０^－６～１×１０^－７Ｐａの高真空環境となるように調整されていてもよいし、それ以上の超高真空や１０^－8～１０^－９Ｐａレベルの極高真空であってもよい。なお、標準大気圧は、約１０１３ｈＰａ（約１０^５Ｐａ）である。
第２チャンバ２００の内部は、図示しない第２減圧ポンプにより大気圧よりも減圧される。第２チャンバ２００の内部の圧力は、大気圧よりも減圧されていれば任意の値でよいが、例えば、大気圧から１×１０^－１～１×１０^－２Ｐａまでの低真空環境となるように調整されていてもよいし、１×１０^－６～１×１０^－７Ｐａの高真空環境となるように調整されていてもよいし、それ以上の超高真空や１０^－8～１０^－９Ｐａレベルの極高真空であってもよい。第２チャンバ２００の内部の圧力は、第１チャンバ１００の内部の圧力よりも高くてもよい。

【0041】

第１チャンバ１００および第２チャンバ２００は、集電体供給装置３００が、帯状の集電体３１Ｂを搬送する搬送方向Ｄに並べて配置される。集電体３１Ｂは、前記集電体３１が所定の形状に切り出される前のものである。第１チャンバ１００は、第２チャンバ２００よりも搬送方向Ｄの下流側Ｄ１に配置される。
第２チャンバ２００は、前室である。第２チャンバ２００における下流側Ｄ１の側壁には、スリット２０１が形成される。第２チャンバ２００における下流側Ｄ１とは反対の上流側Ｄ２の側壁には、図示しないスリットが形成される。このスリットは、第２チャンバ２００のスリット２０１に対向するように形成される。

【0042】

第２チャンバ２００内には、集電体供給装置３００が配置される。第１チャンバ１００内には、搬送装置４００、枠体供給装置５００、第１ロールプレス６００、活物質供給装置７００、および第２ロールプレス８００が配置される。

【0043】

集電体供給装置３００は、第１チャンバ１００内に、集電体３１Ｂを供給する。集電体供給装置３００は、図示しないロール保持部と、スプライサ３１０と、送りローラ３２０と、を備える。
ロール保持部には、一対の集電体ロール３１Ｒが保持される。集電体ロール３１Ｒは、集電体３１Ｂをロール状にしたものである。集電体ロール３１Ｒが適宜展開され、集電体ロール３１Ｒから集電体３１Ｂが供給される。ロール保持部は、一対の集電体ロール３１Ｒのうちの一方が全て展開されたら、一対の集電体ロール３１Ｒのうちの他方の供給を開始する。

【0044】

スプライサ３１０は、集電体３１Ｂの端部同士を接合する。一方の集電体ロール３１Ｒが全て展開され、集電体３１Ｂが全て供給されると、最終的には集電体３１Ｂの終端が下流側Ｄ１に向けて移動する。この終端と、他方の集電体ロール３１Ｒを展開した集電体３１Ｂの始端とを、スプライサ３１０により接合する。これにより、複数の集電体３１Ｂを途切れさせることなく連続的に第１チャンバ１００内に供給する。

【0045】

送りローラ３２０は、ロール保持部よりも下流側Ｄ１に設けられる。送りローラ３２０は、複数の回転部材からなる。送りローラ３２０により搬送される集電体３１Ｂは、前記複数の回転部材に沿って移動する。これにより、集電体３１Ｂを送りローラ３２０の途中で緩ませることなく、安定して下流側Ｄ１の第１チャンバ１００内に供給する。集電体供給装置３００は、集電体３１Ｂを所定の速度で供給する。
第２チャンバ２００の内部には、予備の集電体ロール３１Ｒが配置されていることが好ましい。
集電体供給装置３００から下流側Ｄ１に供給された集電体３１Ｂは、第２チャンバ２００のスリット２０１、および第１チャンバ１００のスリットを通して、第２チャンバ２００の内部に供給される。

【0046】

本実施形態では、集電体供給装置３００の全てが、第２チャンバ２００内に配置される。なお、集電体供給装置３００におけるロール保持部などが、第２チャンバ２００の外部に配置されてもよい。この場合、集電体供給装置３００の一部が、第２チャンバ２００内に配置される。

【0047】

例えば、搬送装置４００は、公知のベルトコンベアである。搬送装置４００は、搬送ローラ４０１を備える。搬送ローラ４０１は、その回転軸が、水平面に沿うとともに搬送方向Ｄに直交する幅方向Ｅに沿うように配置される。搬送装置４００は、第１チャンバ１００の内部において、集電体３１Ｂを下流側Ｄ１に搬送する。
枠体供給装置５００、第１ロールプレス６００、活物質供給装置７００、および第２ロールプレス８００は、上流側Ｄ２から下流側Ｄ１に向かって、この順で搬送装置４００に沿って並べて配置される。

【0048】

図４は、枠体供給装置５００の斜視図である。枠体供給装置５００は、活物質供給装置７００よりも上流側Ｄ２に配設される。
枠体供給装置５００は、第２チャンバ２００の内部であって、搬送装置４００の側方に積み重ねられた枠体４５を、集電体３１Ｂ上に供給する。枠体供給装置５００は、ロボットアーム５０１と、保持具５０２と、脱気管５０３と、を有する。
ロボットアーム５０１は、複数のロッド５０６を関節５０７で接続した公知の構成のものである。ロボットアーム５０１の基端部は、第１チャンバ１００の床などに固定されている。

【0049】

保持具５０２は、枠体４５と同じ大きさの額縁状である。例えば、保持具５０２は、本体部５１０と、弾性部５１１と、吸盤部（不図示）と、を備えている。
本体部５１０は、下面側に開口を有する断面コの字型の部材である。また、本体部５１０の開口部は、枠体４５の形状に合わせた額縁状である。
弾性部５１１は、本体部５１０の開口部を塞ぐように設けられる。弾性部５１１は、本体部５１０に設けられた、枠体４５に接する部位である。ここで、枠体４５を吸着部に吸着するために、弾性部５１１は、枠体４５に隙間なく密着する必要がある。
吸盤部は、弾性部５１１における枠体４５に接する面に間隔をあけて複数設けられた、弾性部５１１の肉厚が薄くなっている部位である。また本実施形態では、吸盤部は、弾性部５１１において、枠体４５に接する側の面に面一となっており、本体部５１０の側の面に窪みがあるように設けられている。

【0050】

脱気管５０３の第１端部における内部空間は、本体部５１０の内部空間に連なっている。脱気管５０３における第１端部とは反対側の第２端部には、図示しない減圧ポンプが接続されている。減圧ポンプには、減圧ポンプに接続された脱気管５０３の内部空間の空気を排出するか否かを切り替えるバルブが設けられている。減圧ポンプは、第２チャンバ２００の外部に配置されていることが好ましい。

【0051】

このように構成された枠体供給装置５００において、弾性部５１１が枠体４５に密着した状態で減圧ポンプを駆動し、バルブを切り替えて脱気管５０３の内部空間の空気が排出されるようにする。すると、保持具５０２の内部の空気が、脱気管５０３、および減圧ポンプを通して第２チャンバ２００の外部に排出される。保持具５０２内の気圧が低下する。これにより、弾性部５１１を本体部５１０の内側に吸い寄せる力が発生する。この力が発生すると、最初に吸盤部が本体部５１０の内側へ移動する。

【0052】

すると、枠体４５と吸盤部との間に隙間を生じさせるような力が作用する。それに対し、弾性部５１１は、枠体４５に接した状態のままとなる。枠体４５と吸盤部との間に生じた隙間は、負圧となる。これにより、枠体４５を保持具５０２の吸盤部によって吸着し、これを維持することによって枠体４５を把持する。保持具５０２に、積み重ねられた枠体４５のうち、最も上方の枠体４５が保持される。ロボットアーム５０１を動作させ、保持した枠体４５を集電体３１Ｂ上に置く。枠体４５は、枠体４５の厚さ方向が上下方向に沿うように集電体３１Ｂ上に置かれる。バルブを切り替えて脱気管５０３の内部空間の空気が排出されないようにすると、集電体３１Ｂ上に置かれた枠体４５から保持具５０２が離脱する。
集電体３１Ｂ上に置かれた枠体４５は、集電体３１Ｂとともに下流側Ｄ１に搬送される。例えば、枠体４５は、集電体３１Ｂ上に搬送方向Ｄに隙間なく配置される。

【0053】

図３に示すように、第１ロールプレス６００は、一対の圧縮ローラ６０１と、駆動部６０２と、を有する。一対の圧縮ローラ６０１は、それぞれの軸線が水平面に沿うように配置されている。一対の圧縮ローラ６０１は、上下方向に対向するように配置されている。駆動部６０２は、一対の圧縮ローラ６０１をそれぞれの軸線回りに回転させる。一対の圧縮ローラ６０１の間には、集電体３１Ｂおよび枠体４５が挟まれる。駆動部６０２は、集電体３１Ｂおよび枠体４５が下流側Ｄ１に搬送されるように、一対の圧縮ローラ６０１を回転させる。

【0054】

活物質供給装置７００は、第１チャンバ１００内に配置された集電体３１Ｂ上に粉体状の活物質３２ｃを供給する。活物質３２ｃは、電極活物質および導電助剤を含む、複数の電極用造粒粒子のことを意味する。
図５に示すように、活物質供給装置７００は、スクリューコンベア７１０と、投入シュート７２０と、排出シュート７３０と、シャッタユニット７４０と、超音波振動機７５０と、ならしブラシ７６０と、を備える。なお、投入シュート７２０および排出シュート７３０で、ホッパ７７０を構成する。ホッパ７７０は、第１チャンバ１００内に配置される。
スクリューコンベア７１０は、活物質３２ｃを投入シュート７２０へ運搬する。スクリューコンベア７１０の一方の端部は、第１チャンバ１００の外部に配置された、活物質３２ｃの貯蔵部など（不図示）へ接続されている。また、スクリューコンベア７１０の他方の端部は、投入シュート７２０へ接続されている。

【0055】

投入シュート７２０は、スクリューコンベア７１０から運搬された活物質３２ｃを、排出シュート７３０内に落とす。
排出シュート７３０は、上下方向に延びる筒状である。排出シュート７３０の下端部には、開口７３１が形成されている。排出シュート７３０は、投入シュート７２０よりも下方に配置されている。すなわち、ホッパ７７０の下端部には、開口７３１が形成される。開口７３１は、水平面に沿うように形成される。
ホッパ７７０は、搬送装置４００よりも上方に配置される。言い換えると、ホッパ７７０は、搬送装置４００により搬送される集電体３１Ｂおよび枠体４５よりも上方に配置されている。開口７３１は、第１チャンバ１００内に配置された集電体３１Ｂ上に（集電体３１Ｂに向けて）活物質３２ｃを供給する。スクリューコンベア７１０から投入シュート７２０に運搬された活物質３２ｃは、排出シュート７３０内に自由落下する。ホッパ７７０の内部には、活物質３２ｃが収容される。
なお、スクリューコンベア７１０上で活物質３２ｃが塊状となっている場合に、その塊状となっている活物質３２ｃを粉砕する解砕機を、活物質供給装置７００が備えてもよい。

【0056】

シャッタユニット７４０は、第１シャッタ扉（シャッタ）７４１と、第２シャッタ扉（シャッタ）７４２と、第１開閉機構（開閉機構）７４３と、第２開閉機構（開閉機構、不図示）と、を有する。
シャッタ扉７４１，７４２は、それぞれ平板状である。シャッタ扉７４１，７４２は、それぞれ水平面に沿うように配置されている。第２シャッタ扉７４２は、第１シャッタ扉７４１よりも下流側Ｄ１に配置されている。シャッタ扉７４１，７４２は、排出シュート７３０の開口７３１を開閉する。ここでシャッタ扉７４１，７４２が開口７３１を開くとは、シャッタ扉７４１，７４２が開口７３１の少なくとも一部を覆わない状態にあることを意味する。シャッタ扉７４１，７４２が開口７３１を閉じるとは、シャッタ扉７４１，７４２が開口７３１を完全に塞ぐ状態にあることを意味する。

【0057】

第１開閉機構７４３は、モータ７４５と、アーム７４６と、を有する。モータ７４５では、本体７４７に対して回転軸７４８が、回転軸７４８の軸線回りに回転する。回転軸７４８の外周面には、雄ネジが形成されている。モータ７４５は、回転軸７４８が搬送方向Ｄに延びるように配置されている。本体７４７は、第１チャンバ１００の床などに固定されている。
アーム７４６の第１端部には、図示しない雌ネジが形成されている。この雌ネジは、モータ７４５の回転軸７４８の雄ネジに嵌め合っている。アーム７４６における第１端部とは反対の第２端部は、第１シャッタ扉７４１の上面に固定されている。

【0058】

以上のように構成された第１シャッタ扉７４１および第１開閉機構７４３では、例えば、モータ７４５に対して所定の向きに電圧を印加すると、回転軸７４８が所定の向きに回転する。回転軸７４８にアーム７４６を介して接続された第１シャッタ扉７４１は、下流側Ｄ１に移動する。同様に、モータ７４５に対して所定の向きは反対の向きに電圧を印加すると、回転軸７４８が所定の向きは反対の向きに回転する。第１シャッタ扉７４１は、上流側Ｄ２に移動する。このように、第１開閉機構７４３は、第１シャッタ扉７４１を搬送方向Ｄに搬送する。
第２開閉機構は、第１開閉機構７４３と同様に構成されている。第２開閉機構により、第２シャッタ扉７４２は第１シャッタ扉７４１とは独立して、下流側Ｄ１および上流側Ｄ２に移動できる。

【0059】

超音波振動機７５０は、排出シュート７３０下部の外壁に設けられている。つまり、超音波振動機７５０は、排出シュート７３０における活物質３２ｃが堆積する部位の外側に設けられている。超音波振動機７５０は、超音波を発生することで排出シュート７３０の下部に堆積した活物質３２ｃを振動させる。超音波振動機７５０は、排出シュート７３０内に堆積した活物質３２ｃを均一にならす役割を有する。

【0060】

ならしブラシ７６０は、図示しないモータにより水平面に沿って移動する。ならしブラシ７６０は、排出シュート７３０内に堆積した活物質３２ｃの上面を平坦にならす役割を有する。
以上のように本実施形態では、開口７３１を有する活物質供給装置７００の一部が、第１チャンバ１００内に配置される。
なお、活物質供給装置７００は、少なくとも開口７３１が第１チャンバ１００内に配置されていればよい。活物質供給装置７００の全体が、第１チャンバ１００内に配置されてもよい。

【0061】

活物質供給装置７００は、開口７３１の下方に枠体４５の内部空間４５ａが位置するときに、シャッタ扉７４１，７４２が開くように制御される。これにより、開口７３１から供給された活物質３２ｃは、集電体３１Ｂ上であって枠体４５の内部空間４５ａ（枠体４５内）に第１の厚さで配置される。このように、活物質供給装置７００は、集電体３１Ｂ上に設けられた枠体４５内に活物質３２ｃを供給する。例えば、第１の厚さは、枠体４５の厚さよりも厚い。
シャッタ扉７４１，７４２が開くタイミングを、開口７３１の下方に枠体４５の内部空間４５ａが位置するときに合わせるのには、搬送装置４００の搬送速度、枠体４５の搬送方向Ｄの長さなどを考慮した、公知の時間制御などが用いられる。なお、製造装置１０００が枠体４５の搬送方向Ｄの位置を検出する位置センサを備えてもよい。そして、位置センサが検出した枠体４５の位置に基づいて、制御部９００が第１開閉機構７４３および第２開閉機構によりシャッタ扉７４１，７４２が開くタイミングを合わせてもよい。

【0062】

第２ロールプレス８００は、集電体３１Ｂ上に供給された活物質３２ｃを圧縮する。第２ロールプレス８００は、第１ロールプレス６００と同様に構成されている。第２ロールプレス８００は、一対の圧縮ローラ８０１と、駆動部８０２と、を有する。一対の圧縮ローラ８０１の間には、集電体３１Ｂ、枠体４５、および活物質３２ｃが挟まれる。
第２ロールプレス８００は、第１の厚さの活物質３２ｃ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４５の厚さである。
なお、第１ロールプレス６００および第２ロールプレス８００の構成は、これらに限定されない。

【0063】

制御部９００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、を有する。メモリには、ＣＰＵを動作させるための制御プログラム、各種データなどが記憶される。制御部９００は、第１開閉機構７４３、第２開閉機構などに接続されている。制御部９００は、第１開閉機構７４３、第２開閉機構などを制御する。

【0064】

本実施形態の製造方法では、まず、内部が大気圧よりも減圧された第１チャンバ１００内に配置された集電体３１Ｂ上に、枠体４５を供給する。集電体３１Ｂ上であって枠体４５の内部空間（内部）４５ａに、活物質３２ｃを供給する。すなわち、前記枠体４５の供給は、集電体３１Ｂへの活物質３２ｃの供給よりも上流側Ｄ２で行う。そして、集電体３１Ｂ上であって枠体４５の内部空間４５ａに供給された活物質３２ｃを圧縮する。
集電体３１Ｂへの枠体４５の供給、集電体３１Ｂへの活物質３２ｃの供給、及び、活物質３２ｃの圧縮は、第１チャンバ１００内で行われる。

【0065】

なお、帯状の集電体３１Ｂから集電体３１が適宜切り出されるなどして、電極３０が製造される。一対の電極３０（すなわち、正極３０ａおよび負極３０ｂ）を、セパレータ４０を介して互いに向かい合わせに積層するなどして、単セル２０が製造される。複数の単セル２０を厚さ方向に積層し、複数の単セル２０を外装体１２でシーリングすることなどにより、電池１０が製造される。
外装体１２でシーリングする際にも、活物質３２ｃに含まれる空気が膨張するのが抑制される。

【0066】

以上説明したように、本実施形態の製造装置１０００によれば、内部が大気圧よりも減圧される第１チャンバ１００内に、活物質供給装置７００および第２ロールプレス８００が配置される。このため、集電体３１Ｂ上に活物質３２ｃを供給する際、および集電体３１Ｂ上に供給された活物質３２ｃを圧縮する際に、それぞれ活物質３２ｃに空気が含まれ難い。従って、活物質３２ｃを圧縮する際に、活物質３２ｃに空気が含まれるのを抑制し、集電体３１Ｂ上に形成される活物質３２ｃの均一性を向上させることができる。
また、本実施形態の製造方法によれば、集電体３１Ｂ上に活物質３２ｃを供給する際、および集電体３１Ｂ上に供給された活物質３２ｃを圧縮する際に、それぞれ活物質３２ｃに空気が含まれ難い。従って、活物質３２ｃを圧縮する際に、活物質３２ｃに空気が含まれるのを抑制し、集電体３１Ｂ上に形成される活物質３２ｃの均一性を向上させることができる。
本実施形態の製造装置１０００および製造方法は、バインダを用いずに、集電体３１Ｂ上に供給された活物質３２ｃをロールプレスしている。このため、第１チャンバ１００内で粉が舞わないという長所がある。

【0067】

製造装置１０００は、第１チャンバ１００内に配置された枠体供給装置５００を備える。そして、製造方法では、第１チャンバ１００内で集電体３１Ｂ上に枠体４５を供給する。これらにより、枠体４５の内部空間４５ａに活物質３２ｃを納め、集電体３１Ｂ上から活物質３２ｃがこぼれ落ちるのを防止することができる。
枠体供給装置５００は活物質供給装置７００よりも上流側Ｄ２に配設され、集電体３１Ｂ上へ供給される活物質３２ｃは枠体４５の内部空間４５ａに供給される。そして、製造方法では、枠体４５の供給は集電体３１Ｂへの活物質３２ｃの供給よりも上流側Ｄ２で行い、枠体４５の内部空間４５ａに活物質３２ｃを供給し、その活物質３２ｃを圧縮する。これらにより、集電体３１Ｂ上からこぼれ落ちるのを防止するために枠体４５の内部空間４５ａに供給した活物質３２ｃを、圧縮することができる。

【0068】

集電体３１Ｂ上に第１の厚さで配置された活物質３２ｃを、第２ロールプレス８００により、第１の厚さよりも薄い第２の厚さに圧縮することができる。
製造装置１０００は、第２チャンバ２００、および第２チャンバ２００内に配置された集電体供給装置３００を備える。このため、自身の上に活物質３２ｃを配置する集電体３１Ｂを、予め第２チャンバ２００内で、大気圧よりも減圧された環境にさらし、集電体３１Ｂを介して活物質３２ｃに空気が含まれるのを抑制することができる。空気が、集電体供給装置３００から第１チャンバ１００内に入るのを抑制することができる。

【0069】

集電体供給装置３００は、帯状の集電体３１Ｂの端部同士を接合することで、連続的に集電体３１Ｂを第１チャンバ１００内に供給する。従って、集電体３１Ｂを第１チャンバ１００内に連続的に供給することができる。
第２チャンバ２００の内部の圧力は、第１チャンバ１００の内部の圧力よりも高い。従って、第２チャンバ２００の内部の圧力が第１チャンバ１００の内部の圧力に等しい場合に比べて、第２チャンバ２００内を減圧するのに要する電力などを低減させることができる。

【0070】

以上、本発明の一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、削除なども含まれる。
例えば、前記実施形態では、第２チャンバ２００の内部の圧力は、第１チャンバ１００の内部の圧力と同等でもよい。
集電体供給装置３００は、スプライサ３１０を備えなくてもよい。この場合、集電体３１Ｂの端部同士は接合されない。
活物質供給装置７００よりも下流側Ｄ１に、枠体供給装置５００を配置してもよい。この場合、集電体３１Ｂ上に活物質３２ｃを供給してから、集電体３１Ｂ上に枠体４５を供給することになる。
製造装置１０００は、第２チャンバ２００、集電体供給装置３００、搬送装置４００、枠体供給装置５００、第１ロールプレス６００、および制御部９００を備えなくてもよい。この場合、製造方法では、集電体３１Ｂ上に枠体４５を供給する工程、および枠体４５の内部空間４５ａに、活物質３２ｃを供給する工程は、行われない。

【符号の説明】

【0071】

３１Ｂ 集電体
３２ｃ 活物質
４５ 枠体
１００ 第１チャンバ
２００ 第２チャンバ
３００ 集電体供給装置（集電体供給部）
５００ 枠体供給装置（枠体供給部）
７００ 活物質供給装置（活物質供給部）
８００ 第２ロールプレス（圧縮部）
１０００ 製造装置（電池用電極の製造装置）
Ｄ２ 上流側

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】