(57)【要約】【課題】経済的負担を軽減しつつ電極品質を維持することのできるリチウムイオン電池の製造装置およびリチウムイオン電池の製造方法を提供する。【解決手段】正極用の電極層が形成された正極シートと負極用の電極層が形成された負極シートとがセパレータ層を介して交互に積層された積層体を備えるリチウムイオン電池の製造装置であって、電極箔１を搬送するローラー搬送系５と、電極箔１の上に電極層を形成する電極材料であって、水と相溶な溶剤および水に難溶なバインダーを含む電極材料を塗布するダイコーター３と、電極材料の表面において結露を生じさせ、電極材料に含まれる溶剤の濃度を低下させてバインダーを析出させる固化室９と、電極材料を乾燥させる乾燥室６とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極用の電極層が形成された正極シートと負極用の電極層が形成された負極シートとがセパレータ層を介して交互に積層された積層体を備えるリチウムイオン電池の製造装置であって、
電極箔を搬送する搬送機構と、
前記電極箔の上に、前記電極層を形成する電極材料であって、水と相溶な溶剤および水に難溶なバインダーを含む電極材料を塗布する塗布機構と、
前記電極材料の表面において結露を生じさせ、前記電極材料に含まれる前記溶剤の濃度を低下させて前記バインダーを析出させる固化室と、
前記電極材料を乾燥させる乾燥室と、を有することを特徴とするリチウムイオン電池の製造装置。
【請求項２】
正極用の電極層が形成された正極シートと負極用の電極層が形成された負極シートとがセパレータ層を介して交互に積層された積層体を備えるリチウムイオン電池の製造装置であって、
基材を搬送する搬送機構と、
前記基材の上に、前記セパレータ層を形成するセパレータ材料であって、水と相溶な溶剤および水に難溶なバインダーを含むセパレータ材料を塗布する塗布機構と、
前記セパレータ材料の表面において結露を生じさせ、前記セパレータ材料に含まれる前記溶剤の濃度を低下させて前記バインダーを析出させる固化室と、
前記セパレータ材料を乾燥させる乾燥室と、を有することを特徴とするリチウムイオン電池の製造装置。
【請求項３】
正極用の電極層が形成された正極シートと負極用の電極層が形成された負極シートとがセパレータ層を介して交互に積層された積層体を備えるリチウムイオン電池の製造装置であって、
電極箔を搬送する搬送機構と、
前記電極箔の上に、前記電極層を形成する電極材料であって、水と相溶な溶剤および水に難溶なバインダーを含む電極材料を塗布する第一の塗布機構と、
前記電極材料の表面において結露を生じさせ、前記電極材料に含まれる前記溶剤の濃度を低下させて前記バインダーを析出させる第一の固化室と、
前記バインダーが析出した前記電極材料の上に、前記セパレータ層を形成するセパレータ材料であって、水と相溶な溶剤および水に難溶なバインダーを含むセパレータ材料を塗布する第二の塗布機構と、
前記セパレータ材料の表面において結露を生じさせ、前記セパレータ材料に含まれる前記溶剤の濃度を低下させて前記バインダーを析出させる第二の固化室と、
前記電極材料または前記セパレータ材料を乾燥させる乾燥室と、を有することを特徴とするリチウムイオン電池の製造装置。
【請求項４】
前記固化室には、
環境温度および環境湿度よりも低温度かつ低湿度に維持される前室と、環境温度および環境湿度よりも高温度かつ高湿度に維持される後室と、が設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のリチウムイオン電池の製造装置。
【請求項５】
前記前室の内部を環境温度よりも低温度に維持する温度調整装置と、
前記後室の内部を環境温度および環境湿度よりも高温度かつ高湿度に維持する温湿度調整装置と、を有することを特徴とする請求項４に記載のリチウムイオン電池の製造装置。
【請求項６】
前記温度調整装置は、前記前室内の空気を回収し、回収された空気の温度を所定の温度に調整した後に前記前室内に再び供給し、
前記温湿度調整装置は、前記後室内の空気を回収し、回収された空気の温度および湿度を所定の温度および湿度に調整した後に前記後室内に再び供給することを特徴とする請求項５に記載のリチウムイオン電池の製造装置。
【請求項７】
前記前室と前記後室とは、断熱材を介して隣接していることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載のリチウムイオン電池の製造装置。
【請求項８】
正極用の電極層が形成された正極シートと負極用の電極層が形成された負極シートとがセパレータ層を介して交互に積層された積層体を備えるリチウムイオン電池の製造方法であって、
電極箔の上に、前記電極層を形成する電極材料であって、水と相溶な溶剤および水に難溶なバインダーを含む電極材料を塗布する塗布工程と、
前記電極材料の表面において結露を生じさせ、前記電極材料に含まれる前記溶剤の濃度を低下させて前記バインダーを析出させる固化工程と、
前記電極材料を乾燥させる乾燥工程と、を有することを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
【請求項９】
正極用の電極層が形成された正極シートと負極用の電極層が形成された負極シートとがセパレータ層を介して交互に積層された積層体を備えるリチウムイオン電池の製造方法であって、
基材の上に、前記セパレータ層を形成するセパレータ材料であって、水と相溶な溶剤および水に難溶なバインダーを含むセパレータ材料を塗布する塗布工程と、
前記セパレータ材料の表面において結露を生じさせ、前記セパレータ材料に含まれる前記溶剤の濃度を低下させて前記バインダーを析出させる固化工程と、
前記セパレータ材料を乾燥させる乾燥工程と、を有することを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
【請求項１０】
正極用の電極層が形成された正極シートと負極用の電極層が形成された負極シートとがセパレータ層を介して交互に積層された積層体を備えるリチウムイオン電池の製造方法であって、
電極箔の上に、前記電極層の形成する電極材料であって、水と相溶な溶剤および水に難溶なバインダーを含む電極材料を塗布する第一の塗布工程と、
前記電極材料の表面において結露を生じさせ、前記電極材料に含まれる前記溶剤の濃度を低下させて前記バインダーを析出させる第一の固化工程と、
前記バインダーが析出した前記電極材料の上に、前記セパレータ層を形成するセパレータ材料であって、水と相溶な溶剤および水に難溶なバインダーを含むセパレータ材料を塗布する第二の塗布工程と、
前記セパレータ材料の表面において結露を生じさせ、前記セパレータ材料に含まれる前記溶剤の濃度を低下させて前記バインダーを析出させる第二の固化工程と、
前記電極材料または前記セパレータ材料を乾燥させる乾燥工程と、
を有することを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
【請求項１１】
前記固化工程には、
塗布された前記電極材料または前記セパレータ材料を、環境温度および環境湿度よりも低温度かつ低湿度な雰囲気に曝す前工程と、
前記前工程を経た前記電極材料または前記セパレータ材料を、環境温度および環境湿度よりも高温度かつ高湿度な雰囲気に曝す後工程と、が含まれることを特徴とする請求項９乃至請求項１０のいずれかに記載のリチウムイオン電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池の製造装置およびリチウムイオン電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は、正極シートと負極シートがセパレータを介して交互に積層された積層体が電解液とともに外装体内に封入された二次電池である。外装体には、円筒型もしくは角型の缶やＡｌ（アルミニウム）などを基体としたラミネートフィルムなどが用いられる。リチウムイオン電池の製造方法や外観は、外装体の構造や種類によって大きく異なるが、いずれの外装体が用いられる場合であっても、電池を動作させるための基本的な構成要素は共通である。
【０００３】
すなわち、正極シートは、電極箔の片面または両面に電極材料（正極活物質）からなる電極層が設けられた基本構造を有し、負極シートは、電極箔の片面または両面に電極材料（負極活物質）からなる電極層が設けられた基本構造を有する。正極シート上の電極層と負極シート上の電極層との間には、両電極層が短絡することを防ぐためにセパレータ層が設けられる。リチウムイオン電池は、正極シート、セパレータ、負極シートからなる積層体を形成し、その積層体を、リチウムイオンを含む電解液とともに外装体内に封入して製造される。
【０００４】
このようなリチウムイオン電池の製造方法に関しては、その一例が特許文献１に記載されている。特許文献１における電極製造工程の概要について、正極を例に説明すると以下のようになる。
【０００５】
まず、正極活物質の粉末原料、導電材粉末、バインダー溶液および有機溶剤などを混練してスラリー状のペースト（電極材）を生成し、このペーストをダイコーターなどの塗工手段を用いて集電用アルミ電極箔上に薄く、均一に塗布する。その後、塗布したペーストを乾燥させて電極膜（上記電極層に相当）を形成する。次に、電極膜を所定の厚さに調整するためのカレンダー処理（ロールで潰して延伸させる処理）または電極膜を所定の形状に加工するためのスリット加工などを経て、リチウムイオン電池用の電極を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６-７３２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、リチウムイオン電池の製造工程では、ペースト状の電極材料の製造、電極箔への電極材料の塗布および乾燥を含む一連の工程を経て、またはこれらの工程を組み合わせて電極層が形成された電極シートを作成する必要がある。しかし、このような電極シートの製造には多大なコストが掛かり、かつ、電極品質の維持についても改善が望まれている。
【０００８】
本発明の目的は、製造コストを低減しつつ電極品質を維持することのできるリチウムイオン電池の製造装置、およびリチウムイオン電池の製造方法を提供することである。
【０００９】
本発明の前記の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１１】
本発明の一実施の形態であるリチウムイオン電池の製造装置は、正極用の電極層が形成された正極シートと負極用の電極層が形成された負極シートとがセパレータ層を介して交互に積層された積層体を備えるリチウムイオン電池の製造装置であって、電極箔を搬送する搬送機構と、前記電極箔の上に、前記電極層を形成する電極材料であって、水と相溶な溶剤および水に難溶なバインダーを含む電極材料を塗布する塗布機構と、前記電極材料の表面において結露を生じさせ、前記電極材料に含まれる前記溶剤の濃度を低下させて前記バインダーを析出させる固化室と、前記電極材料を乾燥させる乾燥室と、を有する。
【００１２】
また、本発明の一実施の形態であるリチウムイオン電池の製造方法は、正極用の電極層が形成された正極シートと負極用の電極層が形成された負極シートとがセパレータ層を介して交互に積層された積層体を備えるリチウムイオン電池の製造方法であって、電極箔の上に、前記電極層を形成する電極材料であって、水と相溶な溶剤および水に難溶なバインダーを含む電極材料を塗布する塗布工程と、前記電極材料の表面において結露を生じさせ、前記電極材料に含まれる前記溶剤の濃度を低下させて前記バインダーを析出させる固化工程と、前記電極材料を乾燥させる乾燥工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１４】
本発明によれば、製造コストを低減しつつ、電極またはセパレータの品質を維持することができるリチウムイオン電池の製造装置を提供することができる。
【００１５】
また、本発明によれば、製造コストを低減しつつ、電極またはセパレータの品質を維持することができるリチウムイオン電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１であるリチウムイオン電池の製造装置を構成する電極製造装置の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１であるリチウムイオン電池の製造方法によって製造されるリチウムイオン電池の一例を示す断面図である。
【図３】図１に示される固化室の構造を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態１の電極層と、比較例の電極層との特性を比較した表である。
【図５】本発明の実施の形態２であるリチウムイオン電池の製造装置を構成する電極製造装置の概略図である。
【図６】本発明の実施の形態３であるリチウムイオン電池の製造装置を構成する電極製造装置の概略図である。
【図７】比較例として示すリチウムイオン電池の製造装置を構成する電極製造装置の概略図である。
【図８】比較例として示すリチウムイオン電池の製造装置を構成する電極製造装置の概略図である。
【図９】比較例として示すリチウムイオン電池の製造装置を構成する電極製造装置の概略図である。
【図１０】比較例として示す固化装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施の形態の一例を、比較例と比較しつつ、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要な場合を除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００１８】
本実施の形態に係る製造方法または製造装置によって製造されるリチウムイオン電池は、正極用の電極層が形成された正極シートと負極用の電極層が形成された負極シートとがセパレータ層を介して交互に積層された積層体が電解液とともに外装体（例えば、円筒型の容器）内に封入された二次電池である。
【００１９】
以下の説明では、正極シートおよび負極シートを総括して「電極シート」と呼ぶ。また、電極層を形成するために電極箔の表面に塗布されるペースト状の材料を「電極材料」と呼び、セパレータ層を形成するために基材または電極層の上に塗布されるペースト状の材料を「セパレータ材料」と呼ぶ。さらに、電極材料とセパレータ材料を総括して「ペースト」と呼ぶ。本願でいう電極材料およびセパレータ材料は、バインダー溶液および有機溶剤などの液体を含み、流動性を有する液状の物質である。また、以下の説明で「電極箔の表面」という場合は、電極箔の表側の面および裏側の面を含めた全面ではなく、表側の面のみを指すものとする。
【００２０】
以下、第１〜第３の比較例として、リチウムイオン電池の製造装置とこれら製造装置を用いて実施されるリチウムイオン電池の製造方法について説明する。
【００２１】
図７には、第１の比較例としてのリチウムイオン電池の製造装置を構成する電極製造装置の構造が模式的に示されている。図７に示される製造装置は、片面塗布型の電極製造装置である。リチウムイオン電池の正極または負極を構成する電極層を形成するために用いる電極材料は、例えば、活物質粉末、導電材粉末、およびこれらの粉末を結着するためのバインダー材等を、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）などの有機溶剤に分散させた高粘度スラリー状の液体である。第１の比較例としての製造方法では、上記電極材料を図７に示される塗工部１０２ａに設置された塗工手段としてのダイコーター１０３ａを用いて、集電用電極箔ロール４から供給される電極箔１の表面に、薄く均一に塗布する。続いて、電極箔１の裏面に接しながら電極箔１を一定速度で搬送するローラー搬送系１０５を用いて、電極材料が塗布された電極箔１を乾燥室１０６ａに搬送する。その後、乾燥室１０６ａ内で電極材料中の溶剤成分を加熱蒸発させることにより電極材料を乾燥させ、電極層を形成する。乾燥工程を経た電極箔１を巻き取った電極箔ロール７は、次工程に供給される。第１の比較例では、上記のような電極層の形成工程を電極箔１の表面および裏面に対して別々に行い、両面に電極層が形成された電極シートを製造する。ここで、乾燥させた電極材料（電極層）は、層内に水分が無くなり、流動性を失って完全な固体となっている。
【００２２】
上記製造方法によって品質がよく、信頼性が高い電極シートを製造するためには、または製造時の安全性を確保するためには、乾燥に長い時間とコストがかかる。すなわち、電極材料の乾燥工程では、電極材料への熱供給に伴う電極材料表面からの溶剤蒸発により乾燥が進行する。この蒸発速度が大き過ぎると、電極材料の表面全体を均一に乾燥させることができず、または形成された電極層の厚さ方向の組成が不均一、不安定になる。このような問題に対しては、電極材料を複数回に分けて塗布、乾燥する、または複数回に分けて塗布される電極材料の組成を互いに異なるものとして調整するなどの対策が考えられる。
【００２３】
また、電極材料の乾燥工程における電極箔１の搬送速度は１〜１００ｍ／分の程度であり、乾燥時間は１〜１００分程度である。かかる搬送速度の下限に近い領域、例えば搬送速度を１ｍ／分にした場合には、乾燥室１０６ａ内における搬送速度が遅いため、比較的低い温度で、ゆっくりした乾燥が可能となり、乾燥室１０６ａも小さなもので済ますことが可能である。また、形成される電極層の品質（例えば電極層内の組成分布の均一性）も安定しやすい。しかし、かかる搬送速度の下限に近い領域では電極シートの生産性が低く、相対的に製造コストが増大し、安価なリチウムイオン電池を供給することが困難となる。
【００２４】
一方、搬送速度の上限に近い領域、例えば搬送速度を１００ｍ／分にした場合には、電極シートの生産性を高めることは可能であるが、電極品質を確保するために必要な乾燥時間を確保するために、乾燥室１０６ａが非常に長大となってしまう。この場合には乾燥室の設備コストが増加するだけでなく、大きな乾燥室内を所定条件が満たされた状態に維持するためには大量の熱エネルギーが必要となり、ランニングコストが増加する。搬送速度が１００ｍ／分程度である場合に、比較的低い温度で長い時間をかけて電極材料を乾燥させるためには、例えば１００ｍ程度の長い搬送路を備えた乾燥室を用意する必要がある。
【００２５】
このように相反する課題に対しては、両極端の中間領域で両者を調整し、経験的に最適値を求める方法で電極製造工程、設備を構築することが考えられるが、この場合、両者の利点を最大限に活かすことができない。このような課題から、高速な乾燥を可能とし、かつ、高い電極品質を保つことができるような、電極の製造方法を実現することが求められる。
【００２６】
また、電極シートの生産性を高めるために、高温で急激に電極材料を乾燥させることも考えられる。しかし、このような方法では電極材料の表面だけが先に乾燥し、電極材料の内部と表面とで濃度差が生じる問題がある。
【００２７】
図８には、第２の比較例としてのリチウムイオン電池の製造装置を構成する電極製造装置の構造が模式的に示されている。図８に示される製造装置は、逐次両面塗布型の電極製造装置である。第２の比較例としての製造方法では、電極材料を図８に示される塗工部１０２ａに設置された塗工手段としてのダイコーター１０３ａを用いて、集電用電極箔ロール４から供給される電極箔１の表面に、薄く均一に塗布する。その後、電極箔１の裏面に接しながら電極箔１を一定速度で搬送するローラー搬送系１０５を用いて、電極材料が塗布された電極箔１を乾燥室１０６ａに搬送する。続いて、乾燥室１０６ａ内で電極材料中の溶剤成分を加熱蒸発させることにより電極材料を乾燥させ、電極層を形成する。この一連の工程は、第１の比較例と同様である。
【００２８】
第１の比較例では、上記工程を経て表面に電極層が形成された電極箔１を巻き取った後、電極箔１の裏面に電極層を形成する工程が行われる。これに対し、第２の比較例では、乾燥工程を経た電極箔１を巻き取らず、次の塗工部１０２ｂに設置された塗工手段としてのダイコーター１０３ｂを用いて電極箔１の裏面に電極材料を塗布し、ローラー搬送系１０５を用いて電極箔１を搬送し、裏面に塗布された電極材料を乾燥室１０６ｂで乾燥させる。これにより、電極箔１の両面に電極層が形成された電極シートが製造される。その後、電極シートを巻き取った電極箔ロール７は次工程に供給される。
【００２９】
このような連続塗工の場合には、電極箔の表面および裏面に連続的に電極層を形成することができるものの、乾燥室はそれぞれの塗工部に対して別々に必要となる。よって、製造コストが増大するなどの問題がある。
【００３０】
図９には、第３の比較例としてのリチウムイオン電池の製造装置を構成する電極製造装置の構造が模式的に示されている。図９に示される製造装置は、上記の課題を解決するために考えられる両面塗工一括乾燥型の電極製造装置である。この製造装置の塗工部１０２ａには、第一の塗工手段としてのダイコーター１０３ａに加えて、第二の塗工手段としてのダイコーター１０３ｃが設けられている。第３の比較例としての製造方法では、２つのダイコーター１０３ａ、１０３ｃを用いて、集電用電極箔ロール４から供給される電極箔１の表面および裏面に、電極材料を薄く均一に塗布する。
【００３１】
その後、乾燥室１０６ａ内において電極材料中の溶剤成分を加熱蒸発させることにより電極材料を乾燥させ、電極箔１の両面に電極層を形成する。この場合、電極箔１の表面および裏面に塗布された電極材料を乾燥室１０６ａ内で同時に乾燥させることが可能となるので、上記第２の比較例に比べ、乾燥設備を原理的に半減させることができ、設備コストおよびランニングコストの削減が期待できる。
【００３２】
しかし、この方式では、表面および裏面に電極材料が塗布された電極箔をどのようにして搬送するのかが大きな課題となる。裏面に電極材料が塗布された電極箔に対しては、図７および図８に示される安価なローラー搬送系１０５の利用は困難となる。そこで、図９に示される製造装置には、非接触式搬送系であるエアー浮上搬送系１０８が採用されている。しかし、エアー浮上搬送系１０８などの非接触式搬送系は、ローラー搬送系１０５などの接触式搬送系に比べて高価であり、かつ搬送の制御が困難である。また、第３の比較例のように電極箔の両面を一括乾燥させる場合であっても、急激な乾燥は行えず、長い時間をかけて電極材料をゆっくり乾燥させる必要があることに変わりはなく、電極品質を保つために製造コストが増大する問題は解決されない。
【００３３】
また、熱風乾燥のみを用いて電極材料を乾燥させると、乾燥工程中に電極材料内のバインダー成分が電極材料の表面に偏析してしまい、電極材料と電極箔との結合性が低下する問題がある。
【００３４】
以上のように、第１〜第３の比較例としての製造方法は、集電用の電極箔の表面に塗布された電極材料をそのまま乾燥室に導入して乾燥するものである。これに対し、本実施の形態に係る製造方法は、ペースト（電極材料または／およびセパレータ材料）の乾燥工程の前に、ペーストを固化させる固化工程を有することを特徴とする。かかる特徴により、液状のペーストをそのまま乾燥させることに起因する種々の問題を同時に解決することができる。以下、本発明の実施の形態の一例について説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
本実施の形態におけるリチウムイオン電池の製造装置およびリチウムイオン電池の製造方法について、図１を参照しつつ説明する。図１は、本実施の形態における片面塗布型の電極製造装置の構成を示す概略図である。
【００３６】
本実施の形態におけるリチウムイオン電池の製造工程では、まず、リチウムイオン電池の正極または負極を構成する電極層の形成材料である電極材料を用意する。かかる電極材料は高粘度スラリー状の液体であり、図１に示される塗工部２に設置された塗布機構（本実施の形態ではダイコーター３）によって、集電用電極箔ロール４から供給される電極箔１の表面上に薄く、均一に塗布される。すなわち、塗工部２において塗布工程が行われる。
【００３７】
本実施の形態において用いられる電極材料は、少なくとも、正または負極活物質粉末を含み、場合によっては導電材粉末の固形成分を含む。また、電極材料は、乾燥後において粉末成分間もしくは粉末成分と電極箔間を結着するためのバインダーであって、水に難溶なバインダーと、固化材とを含む。さらに、電極材料は、上記成分をスラリー状の高粘度液体ペーストとして調整するための溶剤であって、水と相溶な溶剤をさらに含む。
【００３８】
つまり、電極材料は、正または負極活物質粉末、水に難溶なバインダー、固化材および水と相溶な溶剤を含み、場合によっては導電材粉末の固形成分を含んでいる。ただし、バインダーと固化材とが兼用であることがより好ましい。具体的には、電極材料は、正または負極活物質粉末、固化材として使用可能なバインダーおよび溶剤を少なくとも含んでいることが好ましい。
【００３９】
次に、電極材料が塗布された電極箔１の裏面に接しながら、電極箔１を一定速度で搬送する搬送機構（本実施の形態ではローラー搬送系５）を用いて、電極箔１を固化室９に搬入する。
【００４０】
固化室９では固化工程が行われる。具体的には、塗布された電極材料に水を接触させることによって、電極材料を固化させる。より具体的には、電極箔１に塗布されている電極材料の表面において結露を生じさせる。結露によって生じた水は、電極材料に含まれる溶剤に溶解しながら電極材料内に浸透する。電極材料内における水の濃度が増加するとバインダー（固化材）の溶解度が不足し、バインダー（固化材）が析出する。このとき、電極材料に含まれる活物質粒子間が結着され、電極材料全体が固化する。このような固化の過程は乾燥などに要する時間よりも遥かに短い時間で生じるため、電極材料の内部は流動性が低くなり、電極材料に含まれる各種成分の分布等はほぼ瞬間的に固定される。
【００４１】
上記のように、本実施の形態では、電極材料の乾燥に先立って電極材料を固化させるので、電極箔１の搬送に接触式搬送系を使用することができる。換言すれば、複雑かつ高価な非接触式搬送系を用いる必要はない。そこで、本実施の形態では、ローラー搬送系５を使用した安価な乾燥室６が採用されている。この利点は、電極箔の両面に塗布された電極材料を一括して乾燥する場合に、特に高い効果を発揮する。もっとも、エアー浮上式搬送系などの非接触式搬送系の使用を排除するものではない。
【００４２】
次に、図１に示されるローラー搬送系５によって電極箔１が乾燥室６に搬入され、乾燥工程が行われる。具体的には、熱風乾燥などの周知の手法で電極材料中の液体成分を加熱蒸発させて電極材料を乾燥させ、電極層を形成する。乾燥工程を経た電極箔１が巻き取られた電極箔ロール７は、次工程に供給される。ただし、電極箔１の裏面にも電極層を形成する場合には、上記のような工程を電極箔１の裏面に対しても行い、両面に電極層が形成された電極シートを製造してから、次の工程に進む。
【００４３】
図１に示される乾燥室６は、図７〜図９に示される乾燥室１０６ａや乾燥室１０６ｂと同様の構造を有するが、それら乾燥室１０６ａ、１０６ｂ内における搬送路に比べて、乾燥室６内における搬送路は短い。また、乾燥室６の長さは、乾燥室１０６ａ、１０６ｂに比べて短い。例えば、本実施の形態おける乾燥室６の長さは、図７に示される乾燥室１０６ａの１０分の１程度の長さ（例えば１０ｍ）で済む。
【００４４】
上記のように、正極用の電極箔（例えばＡｌ（アルミニウム））の表面に正極用の電極層（例えばアセチレンブラックなどの導電材層）を形成することで正極シートを形成する。また、上述した工程により、負極用の電極箔（例えばＣｕ（銅））の表面に負極用の電極層（例えばアセチレンブラックなどの導電材層）を形成することで負極シートを形成する。その後、セパレータ層を介して正極シートと負極シートを重ね合わせて積層体を形成する。セパレータ層は、公知のフィルム状セパレータを用いて形成することもできるが、後述する方法によって正極シートまたは負極シートの電極層の上にセパレータ層を一体的に形成することもできる。
【００４５】
本実施の形態の主な特徴は、乾燥工程の前に、電極材料の表面において結露を生じさせることにより電極材料を固化させる工程が追加されていることである。かかる特徴により、第１〜第３の比較例における電極材料の乾燥に関する諸問題が解決される。例えば、図１に示される乾燥室６において行われる乾燥工程では、流動性のある液状の電極材料を乾燥させるのではなく、固化した電極材料を乾燥させればよい。このため、電極材料内の組成の変動や電極層の厚み変動の発生を防止しつつ、短時間で電極材料を急速乾燥させることができる。したがって、搬送路が短い乾燥室を用いた場合、または搬送速度が速い搬送機構を用いた場合であっても、電極層の信頼性が低下することがない。また、乾燥工程の前に電極材料が流動性を失っているため、電極材料を高温で急速に乾燥させたとしても、電極材料内で濃度分布が偏ることがない。よって、乾燥設備を小型化することができ、さらに、リチウムイオン電池の製造工程におけるスループットを向上させ、製造コストを低減することができる。
【００４６】
次に、本実施の形態のリチウムイオン電池の製造方法によって製造されるリチウムイオン電池の一例を図２に示す。図示されているリチウムイオン電池では、正極シート１０、負極シート１１およびセパレータ層としてのセパレータ１２からなる積層体が円筒型の容器１３内に組み込まれている。より具体的には、上記積層体が所定の長さに切断され、巻回されて、容器１３内に組み込まれている。したがって、容器１３内では、正極用の電極層が形成された正極シート１０、セパレータ層としてのセパレータ１２、負極用の電極層が形成された負極シート１１が繰り返し交互に積層されている。換言すれば、隣り合う正極シート１０と負極シート１１との間にセパレータ層が介在している。容器１３内には、上記積層体とともに電解液が充填されている。容器１３の一端は正極端子１５により封止され、他端は負極端子１６により封止されている。正極シート１０は、金属膜からなる正極リード１４を介してガス排出構造を有する正極端子１５に電気的に接続されており、負極シート１１は、金属膜からなる負極リード（図示せず）を介して負極端子１６に電気的に接続されている。
【００４７】
以下では、本実施の形態におけるリチウムイオン電池を構成する各材料、およびリチウムイオン電池を製造する際に用いる各材料について詳しく説明する。
【００４８】
本実施の形態で用いるリチウムイオン電池の正極活物質には、コバルト酸リチウムまたはマンガン（Ｍｎ）を含有するスピネル構造のリチウム含有複合酸化物を用いることができる。また、正極活物質には、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）を含む複合酸化物、またはオリビン型リン酸鉄に代表されるオリビン型化合物などを使用するがことができる。ただし、正極活物質に用いる材料は、これらに限定されるわけではない。
【００４９】
マンガン（Ｍｎ）を含有するスピネル構造のリチウム含有複合酸化物は熱的安定性に優れているため、これを含む電極シートを形成することで、安全性の高い電池を構成することができる。また正極活物質には、マンガン（Ｍｎ）を含有するスピネル構造のリチウム含有複合酸化物のみを用いてもよいが、他の正極活物質を併用してもよい。このような他の正極活物質としては、例えば、Ｌｉ１＋ｘＭＯ２（−０．１＜ｘ＜０．１、Ｍ：Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｔｉなど）で表わされるオリビン型化合物などが挙げられる。また、層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物の具体例としては、ＬｉＣｏＯ２またはＬｉＮｉ１−ｘＣｏｘ−ｙＡｌｙＯ２（０．１≦ｘ≦０．３、０．０１≦ｙ≦０．２）などを用いることができる。また、層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物には、少なくともＣｏ、ＮｉおよびＭｎを含む酸化物（ＬｉＭｎ１／３Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２、ＬｉＭｎ５／１２Ｎｉ５／１２Ｃｏ１／６Ｏ２、ＬｉＮｉ３／５Ｍｎ１／５Ｃｏ１／５Ｏ２など）などを用いることができる。
【００５０】
本実施の形態で用いる負極活物質は、例えば、天然黒鉛（鱗片状黒鉛）、人造黒鉛または膨張黒鉛などの黒鉛材料を用いることができる。また、負極活物質には、ピッチを焼成して得られるコークスなどの易黒鉛化性炭素質材料を用いることもできる。また、負極活物質には、フルフリルアルコール樹脂（ＰＦＡ）、ポリパラフェニレン（ＰＰＰ）またはフェノール樹脂などを低温焼成して得られる非晶質炭素などの難黒鉛化性炭素質材料を用いてもよい。また、炭素材料の他に、リチウム（Ｌｉ）またはリチウム含有化合物なども負極活物質として用いることができる。
【００５１】
リチウム含有化合物としては、Ｌｉ−Ａｌなどのリチウム合金、Ｓｉ（ケイ素）、または、Ｓｎ（スズ）などとリチウム（Ｌｉ）との合金化が可能な元素を含む合金が挙げられる。さらにＳｎ酸化物またはＳｉ酸化物などの醗化物系材料も用いることも可能である。
【００５２】
本実施の形態で用いる導電材は、正極合剤層に含有させる電子伝導助剤として用いるもので、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、カーボンファイバー、またはカーボンナノチューブなどの炭素材料が好ましい。上記の炭素材料の中でも、添加量と導電性の効果、および正極合剤層含有組成物（後述する）の製造性の点から、アセチレンブラックを用いることが特に好ましい。かかる導電材は負極合剤層の材料として用いることも可能であり、好ましい場合もある。なお、ここでいう正極または負極の合剤層とは、上記した電極材料、またはこれを固化、乾燥させた電極層のことである。
【００５３】
本実施の形態では、固化材を兼ねるバインダー成分を含むバインダーを用いることもできる。具体的には、バインダーは、上記の活物質および電子伝導助剤を結着するためのバインダー成分を含有していることが好ましい。バインダーとしては、例えば、ポリビニリデンフルオライド系ポリマー（主成分モノマーであるビニリデンフルオライドを８０質量％以上含有する含フッ素モノマー群の重合体）、またはゴム系ポリマーなどが好適に用いられる。上記ポリマーは、２種以上を併用してもよい。また、本実施の形態で用いられるバインダーは、溶媒に溶解した溶液の形態で供されるものが好ましい。
【００５４】
上記ポリビニリデンフルオライド系ポリマーを合成するための含フッ素モノマー群としては、ビニリデンフルオライド、または、ビニリデンフルオライドと他のモノマーとの混合物で、ビニリデンフルオライドを８０質量％以上含有するモノマー混合物などが挙げられる。他のモノマーとしては、例えば、ビニルフルオライド、トリフルオロエチレン、トリフルオロクロロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、およびフルオロアルキルビニルエーテルなどが挙げられる。
【００５５】
上記のゴム系ポリマーとしては、例えば、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム、およびフッ素ゴムなどが挙げられる。
【００５６】
正極および負極の各合剤層中におけるバインダーの含有量は、乾燥後の電極材料を基準として０．１質量％以上、より好ましくは０．３質量％以上であって、１０質量％以下、さらに、５質量％以下であることがより望ましい。バインダーの含有量が少な過ぎると、固化工程における固化が不十分となるばかりでなく、乾燥後の合剤層の機械的強度が不足し、合剤層が電極箔から剥離する虞がある。また、バインダーの含有量が多過ぎると、合剤層中の導電材の量が減少して、電池容量が低くなる虞がある。
【００５７】
本実施の形態において用いられる固化材には、上記バインダーと同じもの、または上記バインダーとして用いることができる複数の材料の混合物が用いられる。バインダーとしての性能を持たず、固化材としての性能のみを有する成分をバインダーに加えて使用することも可能である。
【００５８】
電極箔に電極材料を塗布する塗布機構（塗工手段）には、例えば、押出しコーター、リバースローラー、ドクターブレード、アプリケーターなどを用いることもできる。
【００５９】
電極箔はシート状の箔に限定されない。電極箔の材料には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス鋼、もしくはチタン（Ｔｉ）などの純金属または合金性導電材料を用いることができる。また、電極箔の形状は網状や板状であってもよい。また、電極箔は、パンチドメタルやフォームメタルであってもよい。電極箔１の厚みとしては、例えば、５〜３０μｍ、より好ましくは８〜１６μｍが選択される。また、電極箔の一方の面に形成される電極層の厚みは、乾燥後の厚みで、例えば、１０〜３００μｍ、より好ましくは３０〜１５０μｍを選択できる。
【００６０】
本実施の形態において用いられる溶剤は、水に溶解する性質を有する。このような溶剤としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルスルホキシド、プロピレンカーボネート、ジメチルホルムアミド、もしくはγ−ブチロラクトンなどに代表される非プロトン性極性溶剤、またはこれらの混合液を選択できる。
【００６１】
以下では、塗布された電極材料に水を接触させて電極材料を固化させる工程および該工程を実行する手段について、比較例と対比しつつ説明する。
【００６２】
水による固化工程では、電極箔に塗布された電極材料に水を接触させることにより、電極材料中の溶剤濃度を低下せてバインダーを析出させる。かかる固化工程を実現するための具体的方法としては、水を溜めた液槽内に、電極材料が塗布された電極箔を通過させる方法、電極箔に塗布されている電極材料にスプレーで水を吹きかける方法、電極箔に塗布されている電極材料の上に水を流す方法などが考えられる。図１０に、比較例として、電極材料にスプレーで水を吹きかける固化装置の概略を示す。図１０では、紙面の左側から右側に向かって電極箔１が搬送される。
【００６３】
図１０に示される固化装置は、固化室１０９を有しており、固化室１０９の底部には水が溜められる液槽１１７が設けられている。固化室１０９の内部には、ローラー搬送系１０５により搬送される電極箔１が通過する経路がある。電極箔１は、ローラー搬送系１０５により、固化室１０９の外部から内部へ搬入され、内部から外部へ搬出される。電極箔１の表面上には溶剤を含む電極材料１１８が塗布されており、上記液槽１１７内の水は、ポンプ１２０により固化室１０９の上部に送られ、電極材料１１８の上方の噴射器１１９から電極材料１１８に向かって吹きかけられる。これにより、電極材料１１８に含まれるバインダーが析出して電極材料１１８が固化する。ただし、電極材料１１８にスプレーで水を吹きかけると、電極材料１１８に水が衝突した際の衝撃で電極材料１１８の厚さが変動する虞がある。
【００６４】
また、水を溜めた液槽内に、電極材料が塗布された電極箔を通過させる方法では、電極材料内のバインダーが水に過度に曝されて流れ落ち、電極材料内の結合力および電極材料とその下地の電極箔との結合力が低下する虞がある。
【００６５】
次に、本実施の形態における固化工程および該工程が行われる固化室９（図１）の構造について詳細に説明する。
【００６６】
図３に示されるように、固化室９は、金属製または合成樹脂製の外壁３０によって囲われており、電極箔１の搬送路上に外部から隔離された空間を形成している。なお、固化室９を形成している外壁３０は、同時に乾燥室６も形成している。すなわち、固化室９と乾燥室６は共通の外壁３０によって囲われている。
【００６７】
固化室９の内部は、断熱材からなる隔壁３１によって前室３２と後室３３とに区画されている。前室３２と後室３３は、電極箔１の搬送方向に沿ってこの順で隣接して設けられている。すなわち、塗工部２（図１）において電極材料が塗布された電極箔１は、搬送機構としてのローラー搬送系５によって前室３２に搬入されて該前室３２を通過する。次いで、前室３２から搬出された電極箔１は、後室３３に搬入されて該後室３３を通過する。その後、後室３３から搬出された電極箔１は、乾燥室６に搬入される。
【００６８】
前室３２の内部は、温度調整装置としての冷却風装置３４により、当該製造装置が設置される環境の温度よりも低温度に維持されている。例えば、前室３２の温度は１５℃〜２０℃に維持される。冷却風装置３４は、前室３２の底部に設けられた回収口３５から前室３２内の空気を回収し、回収した空気を冷却し、冷却された空気（冷却風）をダクト３４ａを介して前室３２内に供給する（戻す）。すなわち、冷却風装置３４は、前室３２内の空気を循環冷却する。このような循環方式の冷却風装置３４を用いることにより、前室３２内の効率的な冷却が可能となる。ダクト３４ａを介して前室３２に供給された冷却風は、ノズル３４ｂによって分散され、ローラー搬送系５によって搬送されている電極箔１上の電極材料の表面に均一に供給される。換言すれば、電極箔１上の電極材料は、環境温度よりも低温度の雰囲気に曝される（前工程）。なお、前室３２の内部には温度センサ３６が設けられており、温度センサ３６による温度の検出結果に基づいて冷却風装置３４の運転が制御される。
【００６９】
一方、後室３３の内部は、温湿度調整装置としての温湿度制御装置４０により、当該製造装置が設置される環境の温度および湿度よりも高温度かつ高湿度に維持されている。例えば、後室３３の温度は２５℃〜３０℃、湿度は６０％〜８０％に維持される。温湿度制御装置４０は、不図示の回収口から後室３３内の空気を回収し、回収した空気の温湿度を調整し、温湿度が調整された空気をダクト４０ａを介して後室３３内に供給する（戻す）。なお、後室３３の内部には温湿度センサ４１が設けられており、温湿度センサ４１による温度および湿度の検出結果に基づいて温湿度制御装置４０の運転が制御される。また、後室３３の底部には、電極箔１や電極材料の表面から滴下する水滴を溜める液溜め部４２が設けられている。
【００７０】
上記のようにして温湿度が調整されている後室３３に、前室３２を通過した電極箔１が搬入される。具体的には、前室３２と後室３３とを区画する断熱材（隔壁３１）に設けられている開口部５０を通して、前室３２を通過した電極箔１が後室３３に搬入される。すなわち、電極箔１上の電極材料は、前室３２において環境温度よりも低温度の雰囲気に曝された後に、後室３３において環境温度および環境湿度よりも高温度かつ高湿度の雰囲気に曝される。換言すれば、電極箔１上の電極材料を環境温度よりも低温度の雰囲気に曝す前工程と、環境温度および環境湿度よりも高温度かつ高湿度の雰囲気に曝す後工程とが続けて行われる。
【００７１】
前室３２を通過した電極箔１が後室３３に搬入されると、電極箔１に塗布されている電極材料の表面において結露が生じる。具体的には、後室３３内の高温多湿な空気に含まれる水蒸気が、前工程において冷却された電極材料の表面に接することによって凝縮し、電極材料の表面に微細な水滴が均一に生成される。この水滴（水）は、速やかに電極材料に浸透し、電極材料中の溶剤濃度を低下させる。すると、電極材料中のバインダー（固化材）が析出し、電極材料が固化する。
【００７２】
図１０を参照して説明したようなスプレー方式や、電極材料の上に水を流す方式では、電極材料の表面に水が衝突した際の衝撃で電極材料の塗布膜の厚さが変動する虞がある。一方、電極材料の表面において結露を生じさせる本実施の形態では、電極材料の塗布膜の厚さに影響を与えることなく、電極材料に水を接触させることができる。
【００７３】
さらに、結露は電極材料の表面において均一に発生するので、電極材料は一様に同じ品質で固化する。したがって、電極材料内における固化状態のばらつきが抑制され、リチウムイオン電池の品質を向上させることができる。また、電極材料が塗布された電極箔を水に通すと、バインダーが過度に流れ落ちてしまう虞がある。一方、電極材料の表面において結露を生じさせる本実施の形態では、バインダーが過度に流れ落ちることがないので、電極材料内の結合力および電極材料と電極箔との結合力が低下することがなく、リチウムイオン電池の信頼性を向上させることができる。
【００７４】
図１に示される乾燥室６で行われる乾燥工程には、温風乾燥を用いることが考えられるが、これに限定されるものではない。乾燥手段としては、赤外線、遠赤外線その他の電磁波を照射する加熱方式であってもよい。また、高周波電場による誘電加熱方式、または磁束の変化を利用する誘導加熱方式を用いることも可能である。さらにはヒーターを組み込んだ加熱ロールまたはホットプレートなどを利用する接触加熱方式を用いてもよく、上記した乾燥手段のいくつかを組み合わせた加熱方式も用いることもできる。
【００７５】
以下、本実施の形態のリチウムイオン電池の製造方法を構成する各工程についてより具体的に説明する。また、比較例を用いて、乾燥工程の前に固化工程を行うことによる効果について、より詳細に説明する。
【００７６】
正極活物質には、リチウム遷移金属複合酸化物としてのニッケルコバルトマンガン酸リチウムを選択することができる。上記リチウム遷移金属複合酸化物と、導電材の黒鉛粉末と、導電材のアセチレンブラックと、固化材を兼ねるバインダーとしてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを、重量比で８５：８：２：５となる割合で混合し、さらに溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を逐次添加する。これらの混合成分を、プラネタリーミキサーで混練して正極用の電極材料を調整する。この電極材料はスラリー状の液体であり、電極材料中には固化材としてのバインダー成分がＮＭＰ中に溶解している。回転粘度計で測定した電極材料の粘度は約１０Ｐａ・Ｓとなる。
【００７７】
このようにして混練した電極材料を厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極集電体）上に厚さ１００μｍとなるようアプリケーターで塗布する。以上の工程が、電極箔の表面に、水と相溶な溶剤および水に難溶なバインダーを含む電極材料を塗布する塗布工程である。
【００７８】
次に、電極材料が塗布されたアルミニウム箔を、図３を用いて説明した固化室９を通過させることで、電極材料を固化させる。固化現象は、結露により発生した水により電極材料中の溶剤であるＮＭＰの濃度が低下することで、電極材料中のバインダーが不溶化して析出し、正極剤粒子間を結着する現象である。このようにして固化した電極材料は流動性および粘着性がなくなり、アルミニウム箔に保持されているため、電極材料の表面にローラーを接触させるローラー搬送にも十分に耐えることができる。
【００７９】
以上の工程が、電極材料の表面において結露を生じさせて、電極材料を固化させる固化工程である。固化工程には、電極材料を環境温度よりも低温度の雰囲気に曝す前工程と、環境温度および環境湿度よりも高温度かつ高湿度の雰囲気に曝す後工程とが含まれる。
【００８０】
次に、固化工程により固化された電極材料を、温風乾燥炉内で１２０℃の温度で１０分間乾燥させ、電極材料中の水および微量に残留したＮＭＰを蒸発除去することで、アルミニウム箔上に正極用の電極層が形成された正極シートを形成する。以上の工程が、電極材料を乾燥させる乾燥工程である。
【００８１】
一方、比較例として、乾燥工程の前に固化工程を行わないリチウムイオン電池の製造方法を以下に説明する。比較例のリチウムイオン電池の製造方法では、本実施の形態と同じ成分の電極材料をアルミニウム箔上に塗布し、塗布された電極材料を温風乾燥炉内で１２０℃の温度で１０分間乾燥させて、電極材料中のＮＭＰを蒸発除去することで、アルミニウム箔上に正極用の電極層が形成された正極シートを形成する。このように、比較例では、本実施の形態の固化工程を省略した製造方法で、本実施の形態と同じ組成のリチウムイオン電池用電極を製造する。
【００８２】
ここで、本実施の形態の製造方法と比較例の製造方法で得られた電極層の種々の特性を比較した表を図４に示す。上記したように、固化工程を含む本実施の形態の製造方法では、乾燥工程を行う前に電極材料が固化している。一方、比較例の製造方法における乾燥工程では、液体の電極材料を温風乾燥炉で乾燥させる。したがって、本実施の形態の製造方法では、乾燥工程においてローラーなどを電極材料の表面に接触させて搬送することが可能となるのに対し、比較例の製造方法では、そのような搬送方法を用いることは原理的に不可能である。
【００８３】
また、本実施の形態の製造方法と比較例の製造方法との違いは、電極層の組成分布などに顕著に現れる。乾燥後の電極材料（電極層）に対しては、分析手法として走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）およびエネルギー分散Ｘ線分析装置（ＥＤＸ：Energy Dispersive X-ray spectroscopy）を利用することで、電極層の断面の厚さ方向の組成分布を測定することが可能である。かかる手法で測定した、電極層の厚み方向におけるバインダー成分の濃度が、電極層の表面と底面（アルミニウム箔に接する面）とでその比が２倍以上となる場合を「分布大」、２倍より小さな場合を「分布小」と定義する。分布の比較では、本実施の形態の製造方法によって作られた電極層は分布小であり、比較例の製造方法によって作られた電極層は分布大となり、顕著な違いが認められる。
【００８４】
バインダー成分の分布については次のような違いが認められる。電極材料の乾燥時に電極材料が液状である比較例の製造方法では、電極材料内におけるバインダー等の成分の物質移動、すなわち対流または拡散が生じるために大きな濃度分布が発生していると推定される。これに対し、本実施の形態の製造方法では、固化工程で電極材料が固化されるのと同時に電極材料の成分も固定化されるので、乾燥時における成分移動が抑制され、濃度分布が小さくなる。
【００８５】
また、電極層の観察から得られる層内の固体粒子である正極活物質および導電材の分布についても、比較例の製造方法で作られた電極層内では分布大となっているのに対し、本実施の形態の製造方法によって作られた電極層内では分布小となっており、均一な電極層が得られると認められる。
【００８６】
以上に説明したように、電極材料の固化工程を含む本実施の形態の製造方法によれば、製造装置、プロセス条件を改善させることができ、また、電極層の組成の均一性の向上といった品質面の向上を図ることができる。なお、本実施の形態の効果は、上述した正極用の電極材料を含む正極電極層でのみ得られるのではなく、負極電極層でも同様に得られるものである。
【００８７】
また、比較例の製造方法は、乾燥時に電極材料の組成および層厚（膜厚）が変動する問題を有しているが、本実施の形態の製造方法によれば、乾燥工程前に固化工程を導入することにより、電極材料の組成および層厚を安定して維持することができる。また、乾燥工程に先立って固化工程を行う本実施の形態の製造方法では、前述した各種の変動が起こる可能性を排除した後に乾燥工程を行うことができるため、短時間での急速乾燥が可能となる。したがって、本実施の形態の製造装置を用いてリチウムイオン電池を製造することにより、電極層の品質を安定させ、かつ、乾燥設備を小型化でき、リチウムイオン電池の製造コストを低減することができる。
【００８８】
また、乾燥工程前、または乾燥工程中において、塗布膜（電極材料）を保持した電極箔の搬送に、塗布膜と接触する接触式のローラー搬送系を使用することが可能となり、製造方法の選択の自由度や製造装置の構成の選択の自由度が向上するという効果を得ることもできる。
【００８９】
また、本実施の形態では、固化工程によって電極材料の流動性を失わせてから乾燥工程を行うので、乾燥工程において電極材料の表面にバインダーが偏析することがない。これにより、電極層と電極箔との結合性が低下することを防ぐことができる。
【００９０】
なお、本実施の形態の製造方法における固化工程は、正極シートのみでなく、負極シートの製造に用いることもでき、セパレータ層としてのセパレータ１２（図２参照）の形成にも用いることができる。
【００９１】
セパレータの製造方法は、正極シートおよび負極シートを形成する工程と実質的に同一の工程を有する。具体的には、基材（箔）上にペースト状のセパレータ材料を塗布した後、固化および乾燥させることで、セパレータを形成することができる。具体的なセパレータ製造工程では、例えば、図１に示される製造装置と同様の製造装置に、集電用電極箔ロール４に替えて基材ロールをセットする。その後、電極層の形成工程と同様に、搬送機構によって搬送される基材の表面に、塗工部においてペースト状のセパレータ材料を塗布する。次いで、セパレータ材料が塗布された基材を固化室に搬入し、セパレータ材料に含まれるバインダーを析出させてセパレータ材料を固化させる。その後、固化されたセパレータ材料を保持している基材を乾燥室に搬入し、セパレータ材料を乾燥させる。以上の工程により、基材上にセパレータ層が形成されたセパレータを製造することができる。
【００９２】
セパレータ層の形成材料であるセパレータ材料には、シリカ（酸化シリコン）、アルミナ（酸化アルミニウム）またはポリエチレンなどと、上述したバインダーと、溶剤（例えばＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ））とを混ぜた混合ペーストを用いることができる。
【００９３】
上記のようにして製造されたセパレータ（セパレータ層）は、例えば多孔性ポリプロピレン膜などからなり、完成したリチウムイオン電池内において、正極シートと負極シートとの間に介在し、隣り合う電極の両極活物質同士の接触を防止するとともに、セパレータ層内の空孔内に電解液を保持し、電極間のイオン伝導の通路を形成する。
【００９４】
本実施の形態のように、乾燥工程前にセパレータ材料を固化させることで、セパレータ材料の組成の安定化、乾燥装置の簡略化、スループットの向上などが実現され、製造コストを低減しつつ、セパレータの品質を維持することができる。
【００９５】
（実施の形態２）
本実施の形態におけるリチウムイオン電池の製造装置およびリチウムイオン電池の製造方法について、図５を参照しつつ説明する。もっとも、実施の形態１における製造装置および製造方法と同一または実質的に同一の構成については、その説明を省略する。
【００９６】
図５に示されるように、本実施の形態における製造装置には、２つの固化室（第一の固化室９ａ、第二の固化室９ｂ）と１つの乾燥室６とが設けられている。
【００９７】
本実施の形態における製造装置では、図５に示される塗工部２に設置された第一の塗布機構としてのダイコーター３ａによって集電用電極箔ロール４から供給される電極箔１の表面上に薄く、均一に電極材料が塗布される。すなわち、第一の塗布工程が行われる。
【００９８】
次に、電極材料が塗布された電極箔１の裏面に接しながら、電極箔１を一定速度で搬送するローラー搬送系５によって、電極箔１が第一の固化室９ａに搬入される。第一の固化室９ａでは実施の形態１で説明した固化工程と同様の第一の固化工程によって電極材料が固化される。
【００９９】
その後、固化された電極材料の上に、第二の塗布機構としてのダイコーター３ｂによってセパレータ材料が薄く、均一に塗布される。すなわち、第二の塗布工程が行われる。
【０１００】
次いで、固化された電極材料の上にセパレータ材料が塗布された電極箔１は、第二の固化室９ｂに搬入される。第二の固化室９ｂでは実施の形態１で説明した固化工程と同様の第二の固化工程が行われ、セパレータ材料が固化される。
【０１０１】
その後、固化された電極材料およびセパレータ材料を保持する電極箔１は乾燥室６に搬入される。乾燥室６では、実施の形態１で説明した乾燥工程と同様の乾燥工程によって電極材料およびセパレータ材料の乾燥が行われ、電極層およびセパレータ層が形成される。
【０１０２】
以上のように、本実施の形態では、電極材料の固化工程後であって乾燥工程前に、セパレータ材料の塗布工程および固化工程が行われ、その後に、電極材料およびセパレータ材料の乾燥工程が一括して行われる。
【０１０３】
なお、本実施の形態における２つの固化室９ａ、９ｂは、実施の形態１における固化室９（図３）と同一の構造および機能を有する。また、本実施の形態における乾燥室６は、実施の形態１における乾燥室６（図１）と同一の構造および機能を有する。
【０１０４】
（実施の形態３）
本実施の形態におけるリチウムイオン電池の製造装置およびリチウムイオン電池の製造方法について、図６を参照しつつ説明する。もっとも、実施の形態１における製造装置および製造方法と同一または実質的に同一の構成については、その説明を省略する。
【０１０５】
図６に示されるように、本実施の形態における製造装置には、２つの固化室（第一の固化室９ａ、第二の固化室９ｂ）と２つの乾燥室（第一の乾燥室６ａ、第二の乾燥室６ｂ）とが設けられている。
【０１０６】
本実施の形態における製造装置では、図６に示される塗工部２に設置された第一の塗布機構としてのダイコーター３ａによって集電用電極箔ロール４から供給される電極箔１の表面上に薄く、均一に電極材料が塗布される。すなわち、第一の塗布工程が行われる。
【０１０７】
次に、電極材料が塗布された電極箔１の裏面に接しながら、電極箔１を一定速度で搬送するローラー搬送系５によって、電極箔１が第一の固化室９ａに搬入される。第一の固化室９ａでは実施の形態１で説明した固化工程と同様の第一の固化工程によって電極材料が固化される。
【０１０８】
その後、固化された電極材料を保持する電極箔１は第一の乾燥室６ａに搬入される。第一の乾燥室６ａでは、実施の形態１で説明した乾燥工程と同様の第一の乾燥工程によって電極材料の乾燥が行われ、電極層が形成される。
【０１０９】
その後、電極箔１上に形成された電極層の上に、第二の塗布機構としてのダイコーター３ｂによってセパレータ材料が薄く、均一に塗布される。すなわち、第二の塗布工程が行われる。
【０１１０】
その後、電極層の上にセパレータ材料が塗布された電極箔１は、第二の固化室９ｂに搬入される。第二の固化室９ｂでは実施の形態１で説明した固化工程と同様の第二の固化工程によってセパレータ材料が固化される。
【０１１１】
その後、固化されたセパレータ材料を保持する電極箔１は第二の乾燥室６ｂに搬入される。第二の乾燥室６ｂでは、実施の形態１で説明した乾燥工程と同様の乾燥工程によってセパレータ材料の乾燥が行われ、セパレータ層が形成される。
【０１１２】
以上のように、本実施の形態では、電極材料の固化工程および乾燥工程を経て電極層を形成した後に、電極層の上にセパレータ材料が塗布される。さらに、電極層の上に塗布されたセパレータ材料は、電極材料に対する固化工程および乾燥工程とは別の固化工程および乾燥工程を経て固化、乾燥される。
【０１１３】
なお、本実施の形態における２つの固化室９ａ、９ｂは、実施の形態１における固化室９（図３）と同一の構造および機能を有する。また、本実施の形態における２つの乾燥室６ａ、６ｂは、実施の形態１における乾燥室６（図１）と同一の構造および機能を有する。
【０１１４】
実施の形態２、３における製造方法では、電極層の上に直接セパレータ層が形成される。換言すれば、セパレータ層を備えた電極シートが製造される。具体的には、正極用の電極層の上にセパレータ層が積層された正極シート、または負極用の電極層の上にセパレータ層が積層された負極シートを製造することができる。よって、セパレータ層を備えていない電極シートの間に別工程でセパレータを介在させる方法と異なり、電極シートとセパレータとの間に異物が混入する可能性が極めて低い。
【０１１５】
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、本発明は、逐次両面塗布型の製造装置や両面塗工一括乾燥型の製造装置に適用することもできる。また、固化工程の前工程では、電極材料またはセパレータ材料を環境温度および環境湿度よりも低温度かつ低湿度の雰囲気に曝してもよい。この場合、例えば、図３に示される冷却風装置３４を同図に示される温湿度制御装置４０と同様の装置によって置換するとともに、温度センサ３６を温湿度センサ４１と同様のセンサによって置換して、前室３２内の温度および湿度を調整すればよい。もっとも、製造装置が設置される環境が所定の条件を満たしている場合や当該環境の温度や湿度が制御可能な場合には、図３に示される前室３２を省略して上記固化工程を行うことができる。例えば、製造装置が設置される工場の一室の温度が所定温度に維持される場合には、この部屋を図３に示される前室３２と看做すことができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１    電極箔
２、１０２ａ、１０２ｂ    塗工部
３、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ    ダイコーター
４    集電用電極箔ロール
５、１０５    ローラー搬送系
６、１０６ａ、１０６ｂ    乾燥室
７    電極箔ロール
９、１０９    固化室
１０    正極シート
１１    負極シート
１２    セパレータ
１３    容器
１４    正極リード
１５    正極端子
１６    負極端子
３０    外壁
３１    隔壁
３２    前室
３３    後室
３４    冷却風装置
３４ａ    ダクト
３４ｂ    ノズル
３５    回収口
３６    温度センサ
４０    温湿度制御装置
４０ａ    ダクト
４１    温湿度センサ
４２    液溜め部
５０    開口部
１０８    エアー浮上搬送系
１１７    液槽
１１８    電極材料
１１９    噴射器
１２０    ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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