(57)【要約】【課題】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方法、およびリチウムイオン電池の製造装置を提供する。【解決手段】電極箔１の表面に、活物質、バインダー、および第１の成分からなる第１の溶剤を含む電極材ペースト１８を塗布した後、固化装置２５の希釈固化部３８において、第１の成分とは異なる第１の成分からなる第２の溶剤を高圧加熱蒸気として供給して、第１の溶剤を希釈することにより電極材ペースト１８を固化する。さらに、固化装置２５の溶剤置換部３９において、第１の成分とは異なる第３の成分からなる第３の溶剤を供給して、固化した電極材ペースト１８に残留する第１の溶剤を第３の溶剤により排除し、固化した電極材ペースト１８に含まれる溶剤を第２の溶剤とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）基材の一方の面に、バインダーと第１の成分からなる第１の溶剤とを含むペーストを塗布する工程、
（ｂ）前記（ａ）工程の後、前記第１の成分とは異なる第２の成分からなる第２の溶剤を、前記ペーストへ供給して、前記ペーストに含まれる前記第１の溶剤を前記第２の溶剤で希釈する工程、
（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記第１の成分とは異なる第３の成分からなる第３の溶剤を、前記ペーストへ供給して、前記ペーストに残留する前記第１の溶剤を前記第３の溶剤で排除して、前記第２の溶剤を含む前記ペーストを形成する工程、
（ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記ペーストを乾燥させる工程、
を有する、リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記（ｂ）工程では、
前記基材の前記一方の面に塗布された前記ペーストに、前記第２の溶剤を蒸気として供給し、
前記基材の前記一方の面の反対側の他方の面に、大気圧よりも高い圧力で、前記蒸気よりも低温の空気または不活性気体を供給する、リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記（ｃ）工程では、
前記基材の前記一方の面に塗布された前記ペーストに、前記ペーストの上方から前記第３の溶剤を液体として供給し、
前記基材が搬送される方向と前記基材の表面で直交する方向に、前記第３の溶剤を排出する、リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記（ｂ）工程では、前記基材の前記一方の面に塗布された前記ペーストに、１０〜１００μｍの粒径の前記第２の溶剤を散布し、
前記（ｃ）工程では、前記基材の前記一方の面に塗布された前記ペーストに、５０〜５００μｍの粒径の前記第３の溶剤を散布する、リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記第２の溶剤が散布される量よりも前記第３の溶剤が散布される量が多い、リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項６】
請求項４記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記第３の溶剤は、前記ペーストの表面に接触して加圧しながら回転するローラーにより、前記ペーストの表面から排除される、リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項７】
請求項１記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記（ｂ）工程において、前記第１の溶剤を前記第２の溶剤で希釈した前記ペーストは、前記バインダーにより固着されている、リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項８】
請求項１記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記第１の溶剤は有機溶剤であり、
前記第２の溶剤および前記第３の溶剤は水である、リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項９】
請求項１記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記ペーストは電極材である、リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項１０】
請求項１記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記ペーストはセパレータ材である、リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項１１】
基材の一方の面に、バインダーと第１の成分からなる第１の溶剤とを含むペーストを塗布する塗工部と、
前記ペーストを固化する固化室と、
固化した前記ペーストを乾燥させる乾燥室と、
を有し、
前記固化室は、
前記第１の成分とは異なる第２の成分からなる第２の溶剤を、前記ペーストへ供給して、前記ペーストに含まれる前記第１の溶剤を前記第２の溶剤で希釈する希釈固化部と、
前記第１の成分とは異なる第３の成分からなる第３の溶剤を、前記ペーストへ供給して、前記ペーストに残留する前記第１の溶剤を前記第３の溶剤で排除して、前記第２の溶剤を含む前記ペーストを形成する溶剤置換部と、
を備える、リチウムイオン電池の製造装置。
【請求項１２】
請求項１１記載のリチウムイオン電池の製造装置において、
前記希釈固化部は、
前記基材の前記一方の面に塗布された前記ペーストに、前記第２の溶剤を蒸気として供給する第１の装置と、
前記基材の前記一方の面の反対側の他方の面に、大気圧よりも高い圧力で、前記蒸気よりも低温の空気または不活性気体を供給する第２の装置と、
を備える、リチウムイオン電池の製造装置。
【請求項１３】
請求項１２記載のリチウムイオン電池の製造装置において、
前記第１の装置と前記第２の装置とは、第１の間隔を有して、上下に互いに対向して設けられており、
前記第１の装置と前記第２の装置との間を、前記基材が浮上して搬送される、リチウムイオン電池の製造装置。
【請求項１４】
請求項１２記載のリチウムイオン電池の製造装置において、
前記第１の装置は、前記基材と対向する面に、複数のピンホールまたは複数の溝を有し、
前記複数のピンホールまたは前記複数の溝を介して前記蒸気を供給する、リチウムイオン電池の製造装置。
【請求項１５】
請求項１２記載のリチウムイオン電池の製造装置において、
前記第１の装置は、前記基材と対向する面に多孔質板を有し、
前記多孔質板を介して前記蒸気を供給する、リチウムイオン電池の製造装置。
【請求項１６】
請求項１１記載のリチウムイオン電池の製造装置において、
前記溶剤置換部は、
前記基材の前記一方の面に塗布された前記ペーストに、前記ペーストの上方から前記第３の溶剤を液体として供給し、
前記基材が搬送される方向と前記基材の表面で直交する方向に、前記第３の溶剤を排出する、リチウムイオン電池の製造装置。
【請求項１７】
請求項１６記載のリチウムイオン電池の製造装置において、
前記ペーストに液体として供給された前記第３の溶剤は、空気の流れに沿って流動排出される、リチウムイオン電池の製造装置。
【請求項１８】
請求項１１記載のリチウムイオン電池の製造装置において、
前記希釈固化部には、前記基材の前記一方の面に塗布された前記ペーストに、１０〜１００μｍの粒径の前記第２の溶剤を散布する複数の第１のノズルが設けられ、
前記溶剤置換部には、前記基材の前記一方の面に塗布された前記ペーストに、５０〜５００μｍの粒径の前記第３の溶剤を散布する複数の第２のノズルが設けられている、リチウムイオン電池の製造装置。
【請求項１９】
請求項１８記載のリチウムイオン電池の製造装置において、
前記複数の第１のノズルおよび前記複数の第２のノズルは、それぞれ前記基材が搬送される方向と前記基材の表面で直交する方向に配置されている、リチウムイオン電池の製造装置。
【請求項２０】
請求項１８記載のリチウムイオン電池の製造装置において、
前記固化室は、さらに、
前記ペーストの表面に接触し、加圧しながら回転することにより、前記第３の溶剤を前記ペーストの表面から排除するローラー、
を備える、リチウムイオン電池の製造装置。
【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方法および製造装置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、負極シート、およびそれらのシートの間に設けられたセパレータを、円筒型もしくは角型の缶構造、またはＡｌ（アルミニウム）などを基体としたフイルム状の電池筐体に組み込み、電解液を注液した後、封止することによって製造された二次電池である。缶構造、またはフイルム状構造によって製造方法および外観は大きく異なるが、いずれの構造体を用いる場合でも、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両面に正極活物質を主原料とする正極層が形成された構造を有し、負極シートは電極箔の両面に負極活物質を主原料とする負極層が形成された構造を有し、正極シートと負極シートとの間に、正極活物質と負極活物質とが短絡することを防ぐためのセパレータが挿入されている。正極、負極を合わせて電極と呼ぶ。各電極層を形成する原材料の混合物は合剤と呼ばれ、電極層を合剤層と呼ぶこともある。こうした正極シート、セパレータ、および負極シートの積層構造体を形成し、この積層構造体を、リチウムイオンを含む電解液で湿潤させ、かかる積層構造体を各種の筐体に封止することで、リチウムイオン電池を形成する。
【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（特開平１１−２８８７４１号公報）に記載されている。特許文献１には、リチウムイオン電池の製造工程であって、電極体の表面に塗布した電極材から高分子材料を析出させるために、電極材を、高分子材料に難溶性を示す液体に浸漬させる工程が記載されている。
【０００５】
例えば正極シートは、以下の製造工程によって製造される。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ペーストを製造し、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の電極箔の表面に薄く、均一に塗布する。その後、塗布したペーストを乾燥させることで、電極膜を形成する。次に、電極膜を所定の厚さに調整するためのカレンダ−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、電極箔の表面に電極膜を形成する。続いて、電極箔の裏面にも同様にして、電極膜が形成される。電極箔の両面に同一の厚さで電極膜が形成されることにより、正極シートは製造される。その後、電池のエネルギー密度を大きくするために、正極シート、セパレータ、および負極シートを隙間なく積層した構造体を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２８８７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したように、リチウムイオン電池の製造工程では、ペースト製造、電極箔へのペースト塗布、およびペースト乾燥の一連の工程を経て、またはこれらの工程を組み合わせて電極箔の両面に電極膜を形成した電極シートを製造する必要がある。しかし、このような電極シートの製造には大きなコストが必要であり、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方法、およびリチウムイオン電池の製造装置を提供することにある。
【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】
一実施の形態であるリチウムイオン電池の製造方法は、まず、電極箔の表面に、活物質、バインダー、および第１の成分からなる第１の溶剤を含むペーストを塗布した後、第１の成分とは異なる第２の成分からなる第２の溶剤を高圧加熱蒸気としてペーストへ供給して、第１の溶剤を希釈することによりペーストを固化する。さらに、第１の成分とは異なる第３の成分からなる第３の溶剤をペーストへ供給して、固化したペーストに残留する第１の溶剤を第３の溶剤により排除し、固化したペーストに含まれる溶剤を第２の溶剤とする。
【００１２】
また、一実施の形態であるリチウムイオン電池の製造装置は、蒸気生成機構からなる希釈固化部、および溶剤置換部を有する。希釈固化部では、電極箔の表面に塗布された活物質、バインダー、および第１の成分からなる第１溶剤を含むペーストに、第１の成分とは異なる第２の成分からなる第２の溶剤を高圧加熱蒸気として供給して、第１の溶剤を希釈することによりペーストを固化する。溶剤置換部では、第１の成分とは異なる第３の成分からなる第３の溶剤をペーストへ供給して、固化した電極材に残留する第１の溶剤を第３の溶剤により排除し、固化したペーストに含まれる溶剤を第２の溶剤とする。
【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方法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を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１によ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】実施の形態１によるリチウムイオン電池の断面図である。
【図３】実施の形態１による空気浮上搬送装置の俯瞰図である。
【図４】実施の形態１による空気浮上搬送装置を用いた電極箔搬送装置の断面図である。
【図５】圧力条件によって異なる水の飽和点を示すグラフである。
【図６】実施の形態１によ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希釈固化部および溶剤置換部の概略図である。
【図７】実施の形態１によ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希釈固化部および溶剤置換部を上面から見た概略図である。
【図８】実施の形態１による電極膜の特性と、比較例の電極膜の特性とを比較した表である。
【図９】実施の形態２によ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１０】実施の形態３によ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１１】実施の形態４によ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側面図である。
【図１２】実施の形態４によ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平面図である。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ実施の形態４による電極製造装置に備わる複数のノズルから散布される溶剤の散布領域を説明する平面図、および電極箔の搬送方向から見たノズルヘッダーの側面図である。
【図１４】第１の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１５】第２の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１６】第３の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１７】比較例として示す固化装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施の形態を、比較例と比較し、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、特に必要なときを除き、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】
リチウムイオン電池は、電極である正極シートおよび負極シート、ならびに正極シートと負極シートとの間に設けられたセパレータを、円筒型などの容器内に組み込み、容器内に電解液を注液した後、封止することによって製造される二次電池である。
【００１９】
以下の説明では、バインダー溶液または有機溶剤などの液体を含み、流動性と高い粘性のある物質であって、集積用の電極箔に塗布していない状態のものを「ペースト」と呼ぶ。また、集電用の電極箔に上記ペーストが塗布され、乾燥されていない膜を「電極材ペースト」と呼び、集電用の電極箔の表面に形成され、正極シートまたは負極シートを構成する膜を「電極膜」と呼ぶ。つまり、電極材ペーストを乾燥することで電極膜が形成される。ただし、後述する実施形態１〜４では、固化され、流動性を失った膜であっても電極材ペーストと呼ぶ場合がある。
【００２０】
また、以下の説明では、電極膜が表面に形成された電極箔を、「正極シート」、「負極シート」、またはそれらを総括して「電極シート」と呼ぶ。また、単に「電極箔の表面」という場合は、電極箔の上面および裏面を含めた全面ではなく、ローラー搬送系で搬送される電極箔の、裏面を含めない上面のみを指すものとする。
【００２１】
まず、第１〜第３の比較例として、図１４〜図１６を用いてリチウムイオン電池の電極の製造方法について説明する。図１４〜図１６は、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。
【００２２】
図１４に、第１の比較例として、片面塗布型の電極製造装置の構成を示す。
【００２３】
リチウムイオン電池用の正極または負極の電極膜を形成するために用いるペーストは、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等を、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）などの有機溶剤に分散した高粘度スラリー状の液体である。第１の比較例において電極箔１の表面に電極膜を形成する際は、まず、上記ペーストを塗工部２に設置したダイコーターなどの塗工手段３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。
【００２４】
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ためのローラー搬送系５を用いて、ペーストを塗布した電極箔１を乾燥室６として示す熱風乾燥炉内に搬送する。その後、乾燥室６内で電極材ペースト中の溶剤を加熱蒸発させて電極材ペーストを乾燥させることで電極膜を形成する。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の比較例の製造方法では、このような工程を電極箔１の表面と裏面とに対して行い、両面塗布した電極箔１からなる電極シートを製造する。ここで乾燥させた電極膜は、膜内の水分が無くなり、流動性を失って完全な固体となっている。
【００２５】
前述した製造方法では、品質がよく、信頼性が高い電極シートを製造するため、または製造時の安全性を確保するため、乾燥に長い時間および大きなコストをかけることが考えられる。すなわち、電極材ペーストの乾燥工程では、電極材ペーストへの熱の供給に伴う電極材ペースト表面からの溶剤蒸発で乾燥が進行する。この蒸発速度が大き過ぎると、電極箔１の表面の全体において均一な乾燥ができなくなる点、または形成した電極膜の厚さ方向の組成が不均一、不安定になる点などにより、乾燥工程の制約から、製造設備に大きな負担が必要となる。このような問題に対しては、ペースト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するペーストの組成を異なるものとして調整するなどの対策が考えられる。
【００２６】
また、電極材ペーストの乾燥工程における電極箔１の搬送速度は、１〜１００ｍ／分程度が用いられる。このとき乾燥時間としては、１〜１００分程度の時間を用いて電極材ペーストを乾燥させる。
【００２７】
搬送速度の下限に近い領域、つまり、例えば搬送速度を１ｍ／分などとする場合では、乾燥室６内の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６も小さなもので済ますことが可能で、かつ、製造する電極膜の品質（例えば電極膜内の組成分布の均一性）も安定しやすい。しかし、搬送速度の下限に近い領域では電極シート製造の生産性が低いため、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製造することが困難となる問題がある。
【００２８】
一方、搬送速度の上限に近い領域、つまり、例えば搬送速度を１００ｍ／分などとする場合では、電極シート製造の生産性を高めることは可能であるが、電極膜の品質を確保するために必要な乾燥時間を得るために、乾燥室６は非常に長大となってしまう。この場合には、乾燥室６自体の設備コスト、および大きな乾燥室６を操作するための大量の熱エネルギーなどのランニングコストが増加してしまう問題が生じる。このときの乾燥室６は、比較的低い温度で長い時間をかけて乾燥を行うために、例えば内部に１００ｍ程度の長い搬送路を有する必要がある。
【００２９】
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膜の製造工程および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、高い電極膜の品質を保つことができるような、電極シートの製造方法を実現することが求められる。
【００３０】
また、電極シート製造の生産性を高めるために、高温で急激に電極材ペースト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ペーストの表面だけが先に乾燥し、電極材ペーストの内部と表面とで濃度差が生じる問題があるため、第１の比較例の製造方法では、電極材ペーストは時間をかけて乾燥させる必要がある。
【００３１】
図１５に第２の比較例として、逐次両面塗布型の電極製造装置の構成を示す。
【００３２】
第２の比較例における電極膜の製造工程では、まず、ペーストを塗工部２に設置したダイコーターなどの塗工手段３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ためのローラー搬送系５を用いて、ペーストを塗布した電極箔１を乾燥室６として示す熱風乾燥炉に搬送する。続いて、乾燥室６内で、電極材ペースト中の溶剤を加熱蒸発させて電極材ペーストを乾燥させることで、電極膜を形成する。この一連の工程は、図１４を用いて示した第１の比較例と同様である。
【００３３】
第１の比較例では、上記工程を経て片面に電極膜を形成した電極箔１を巻き取った後、再度電極箔１の裏面に電極膜を形成する工程を行った。これに対し、第２の比較例では、両面塗布の場合に、乾燥工程を経た電極箔１を巻き取らず、次の塗工部２ａで塗工手段３ａを用いて電極箔１の裏面にペーストを塗布し、ローラー搬送系５ａを用いて電極箔１を搬送し、裏面の電極材ペーストを乾燥室６ａで乾燥する。これにより、電極箔１の両面に電極材ペーストを乾燥させた電極膜を形成することで、電極膜および電極箔１を含む電極シートを形成する。その後、電極シートを電極箔ロール７に巻き取った後、電極箔ロール７は次工程に供給される。
【００３４】
このような連続塗工の場合には、表面と裏面の両面に電極膜を形成した電極箔１を製造できるものの、乾燥室６、６ａはそれぞれの塗工に対し、別々に必要となる。この場合も、図１４を用いて説明したように、電極膜の品質を保つために、製造コストが増大するなどの問題がある。
【００３５】
図１６に、第３の比較例として、前述した第１および第２の比較例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の構成を示す。
【００３６】
第３の比較例における電極膜の製造工程では、まず、ペーストを、塗工部２ｂに設置した表面用ダイコーターなどの塗工手段３ｂ、および裏面用ダイコーターなどの塗工手段３ｃ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薄く、均一に塗布する。塗工手段３ｂは、電極箔１の表面にペーストを塗布するための装置であり、塗工手段３ｃは、電極箔１の表面の反対側の裏面にペーストを塗布するための装置である。
【００３７】
その後、乾燥室６ｂとして示す熱風乾燥炉内において、電極材ペースト中の溶剤を加熱蒸発させて電極材ペーストを乾燥することで、電極箔１の両面に電極膜を形成し、これを巻き取って電極箔ロール７を形成する。この場合、表面および裏面に塗布した電極材ペーストを乾燥室６ｂ内で同時に乾燥することが可能となるので、第２の比較例に比べ、乾燥設備は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。
【００３８】
しかし、この製造方法では、電極箔１の表面および裏面にペーストを塗布した状態で電極箔１をどのように搬送するのかが大きな課題となる。裏面にペーストを塗布した電極箔１に対しては、図１４および図１５に示す、接触式で安価なローラー搬送系の利用は原理的に困難となり、エアー浮上搬送系などの非接触式搬送系８の採用が不可避である。このような非接触式搬送系８は、ローラー搬送系５などに比べて相対的に高価であり、かつ、搬送の制御が困難であるなどの課題を持つため、第３の比較例の製造方法では、第１の比較例および第２の比較例において説明した課題を解決するには十分とはいえない。また、第３の比較例のように電極箔１の両面を一括乾燥させた場合であっても、第１の比較例において説明したように、急激な乾燥は行えず、長時間をかけて電極材ペーストの乾燥を行う必要があるため、電極膜の品質を保つために、製造コストが増大する問題がある。
【００３９】
また、熱風乾燥のみを用いて電極材ペーストを乾燥させると、電極材ペーストの流動性により、乾燥工程中に電極材ペースト中のバインダーが電極材ペーストの表面に偏析してしまい、電極材ペーストと電極箔１との結合性が低下する問題がある。
【００４０】
また、第１〜第３の比較例において説明した課題とは別に、以下の課題もある。すなわち、有機溶剤を用いたペーストを利用する場合、乾燥室内では可燃性の有機溶剤蒸気が発生するために、蒸気自体の漏洩防止および引火、爆発の危険への対処が必要となる。このため、乾燥室から吸引した蒸気をスクラバーなどで回収する必要が生じるほか、防爆化設備の設置など、乾燥に関わる各種のコスト増加が、リチウムイオン電池の製造コストを増大させる問題がある。このような課題も含めて、乾燥に伴う各種課題を同時に解決することが求められる。
【００４１】
上記問題点に鑑みて、実施の形態におけるリチウムイオン電池の製造方法およびリチウムイオン電池の製造装置について、以下に説明する。
【００４２】
（実施の形態１）
前述した第１〜第３の比較例の製造方法および製造装置は、集電用の電極箔の表面に塗工した液状の電極材ペースト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、実施の形態１の製造方法は、乾燥工程の前に、液状の電極材ペーストを固化する工程を追加し、固化した電極材ペーストを乾燥するものである。この方法を用いることで、液状の電極材ペーストをそのまま乾燥することに起因する種々の問題を同時に回避することができる。
【００４３】
実施の形態１によるリチウムイオン電池の製造装置の構成、およびリチウムイオン電池の製造工程について、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１によ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。
【００４４】
実施の形態１の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用の正極または負極に塗布するペーストを高粘度のスラリー状の液体として調整し、かかるペーストを塗工部２に設置したダイコーターなどの塗工手段３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。
【００４５】
実施の形態１の塗布する液状のペーストは、少なくとも、正極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を含む。また、ペーストは、乾燥後において粉末成分間、または粉末成分と電極箔との間を結着するためのバインダーを含み、さらに、固化材を含み、これらの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第１の溶剤を含むものである。
【００４６】
つまり、ペーストは、正極または負極活物質粉末、バインダー、固化材、および第１の溶剤を含み、場合によっては導電材粉末を含んでいる。ただし、より好ましい手段としては、バインダーを固化材として用いることもできる。したがって、ペーストは、正極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、および第１の溶剤を少なくとも含んでいる。
【００４７】
次に、ペーストを塗布した電極箔１の裏面に接しながら、電極箔１を一定速度で搬送するためのローラー搬送系５を用いて、電極箔１を固化室９に搬入する。続いて、第２の溶剤（図示せず）を電極材ペーストに接触させることにより、電極材ペースト中の第１の溶剤を希釈して、電極材ペーストを固化する。さらに第３の溶剤（図示せず）を電極材ペーストに接触させることにより、電極材ペースト中に残留している第１の溶剤を第３の溶剤により排除して、電極材ペースト中の溶剤を第２の溶剤とする。
【００４８】
なお、ここでいう固化とは、物質を液状の状態から固体の状態に変化させ、その物質の流動性を低下させることをいう。固化させた物質の状態としては、完全に固体となっている場合も含むが、非常に低い流動性を有する場合、または内部に水分などを含み、多少の柔軟性を有する場合を含むものとする。固化工程を経ても、このように低い流動性を有する場合などは、その後に乾燥工程を要する。このため、実施の形態１では、固化工程の後に乾燥工程を設けることで、固化した電極材ペースト中の水分を蒸発させている。
【００４９】
第２の溶剤は、第１の溶剤とは異なり、バインダーを溶解しない性質を有するとともに、第１の溶剤と相互に溶解する性質を有することが必要である。第２の溶剤を電極材ペーストに接触させると、第２の溶剤は電極材ペースト中の第１の溶剤を希釈しながら電極材ペースト中に浸入する。電極材ペースト中で第２の溶剤の濃度が増加するとバインダーの溶解度が不足するようになるためバインダーは析出し、このとき、電極材ペースト中に含まれる活物質粒子間を活着することで電極材ペースト全体が固化する。このような固化の過程は乾燥などに要する時間より遥かに短い時間で生じるため、電極材ペーストの内部は流動性が低くなり、電極材ペースト中の各種成分の分布等はほぼ瞬間的に固定される。
【００５０】
第３の溶剤は、第２の溶剤と同様であり、バインダーを溶解しない性質を有するとともに、第１の溶剤と相互に溶解する性質を有することが必要である。第２の溶剤により電極材ペースト中の第１の溶剤を希釈した後、第３の溶剤を電極材ペーストに接触させることにより、電極材ペースト中に残留している第１の溶剤を第３の溶剤によって排除する。
【００５１】
電極材ペーストが固化された後、固化した電極材ペーストを保持した電極箔１を搬送する場合には、固化した電極材ペーストと接触する接触式のローラー搬送系５の使用も可能となる。すなわち、実施の形態１では、固化した電極材ペーストと接触する接触式のローラー搬送系５の使用も可能となるため、複雑で、かつ、高価なエアー浮上式の搬送系を用いる必要がなく、ローラー搬送系５を使用した安価な乾燥室６ｃを利用することができる。この利点は、実施の形態３において後述するように、電極ペーストを両面に形成した後、両面の電極ペーストを一括して乾燥する場合に、特に高い効果を発揮する。
【００５２】
次に、固化室９内で固化した電極材ペーストを保持した電極箔１を乾燥室６ｃに搬入し、熱風乾燥などの周知の手法で電極材ペースト中の第２の溶剤を加熱蒸発させて電極材ペーストを乾燥させることで、電極膜を形成する。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。ただし、電極箔１の裏面にも電極膜を形成する場合には、前述した工程を電極箔１の表面の反対側の裏面に対しても行い、両面に電極膜を形成した電極箔１からなる電極シートを製造してから、次の工程に進む。
【００５３】
乾燥室６ｃは、第１〜第２の比較例に示した乾燥室６、６ａと同様の構造を有する装置であるが、それらの比較例の乾燥室６、６ａに比べて、乾燥室６ｃは搬送路が短く、装置自体の大きさが小さい。例えば図１を用いて説明した実施の形態１の製造方法を用いれば、図１４を用いて説明した第１の比較例の製造方法に比べて、乾燥室の長さは１０分の１程度の長さ（例えば１０ｍ）で済む。
【００５４】
前述した工程により、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膜を形成することで正極シートを形成する。また、前述した工程により、負極用の電極箔（例えばＣｕ（銅））の表面に負極用の電極膜を形成することで負極シートを形成する。また、正極シートと負極シートとの間にセパレータを介在させた積層構造を形成する。セパレータの製造方法の詳細は、後に説明する。
【００５５】
前述した乾燥室６ｃでの乾燥工程では、流動性のある液状の電極材ペーストの乾燥ではなく、固化した電極材ペーストを乾燥すればよい。このため、固化室９を用いた固化工程の導入により、前述した第１〜第３の比較例の製造工程における電極材ペーストの乾燥の際に問題となる、電極材ペースト中の組成の変動、および膜厚変動の発生を防止しつつ、電極材ペーストを乾燥させることができ、短時間での急速乾燥が可能となる。
【００５６】
このため、実施の形態１のリチウムイオン電池の製造工程では、前述したように搬送経路が短い乾燥室６ｃを用いた場合、または搬送速度が速い製造装置を用いた場合であっても、電極膜の信頼性が低下することを防ぐことができる。また、より高温で急速に乾燥工程を行ったとしても、電極材ペーストは流動性を失っているため、電極材ペースト中で濃度分布が偏ることを防ぐことができる。したがって、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。
【００５７】
このように、実施の形態１の主な特徴は、乾燥工程の前に、液状の電極材ペーストを、溶剤の置換により固化する工程を追加していることにある。
【００５８】
次に、図２に示すように、図１を用いて説明した工程により形成した正極シート１０および負極シート１１、ならびにそれらの電極シートの間に設けられたセパレータ１２を積層して切断したものを、例えば円筒型の容器１３内に組み込み、この容器１３内に電解液を注液した後、封止することによって、リチウムイオン電池が完成する。
【００５９】
図２は、リチウムイオン電池の断面図である。図２に示すように、容器１３、正極端子１５、および負極端子１６などにより、正極シート１０、負極シート１１、およびセパレータ１２は封止されている。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。
【００６０】
容器１３内において、正極シート１０、セパレータ１２、負極シート１１、およびセパレータ１２の順に積層された積層膜は、正極シート１０および負極シート１１が繰り返し交互に積層され、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１２が介在する構造を有しており、この積層膜が円筒状の容器１３内に巻かれた状態で封入されている。
【００６１】
実施の形態１の特徴は、図１を用いて説明したように、乾燥工程前に固化工程を行うことで第２の溶剤による第１の溶剤の希釈および第３の溶剤による第１の溶剤の排除が起こり、乾燥室６ｃ内で除去する電極材ペースト中の溶剤は、その殆どがペースト調整に使用する第１の溶剤ではなく、第２の溶剤となることにある。これにより、乾燥時に除去する溶剤を、ペースト塗布時のペースト中の溶剤と異なる溶剤にすることで、乾燥に伴う製造上の問題を回避することができる。
【００６２】
具体的には、ペースト塗布時のペースト中に含まれる溶剤成分としての第１の溶剤が可燃性溶剤であっても、固化工程でペースト中の第１の溶剤が第２の溶剤に希釈され、さらに第３の溶剤で排除されるので、第２の溶剤として不燃性溶剤を用いれば、乾燥室６ｃでの可燃性溶剤蒸気の発生を防ぐことが可能である。このため、可燃性蒸気の扱いに伴う各種安全対策を行う必要がなく、また、蒸気の回収設備を設ける必要性がなくなるため、設備上のコスト増加を防ぐことが可能となる。
【００６３】
次に、実施の形態１によ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。
【００６４】
実施の形態１で用いる正極活物質は、例えばコバルト酸リチウムまたはＭｎ（マンガン）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、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｍｎ（マンガン）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用いることもできる。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。
【００６５】
Ｍｎ（マンガン）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、Ｍｎ（マンガン）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）などを用いる事ができる。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（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、およびＭｎ（マンガン）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。
【００６６】
実施の形態１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、Ｌｉ（リチウム）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。
【００６７】
リチウム含有化合物としては、Ｌｉ−Ａｌなどのリチウム合金、あるいはケイ素（Ｓｉ）またはＳｎ（スズ）などとＬｉ（リチウム）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。
【００６８】
実施の形態１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などを用いることが特に好ましい。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、上記電極材ペースト、またはこれを固化、乾燥させた導電膜のことである。
【００６９】
実施の形態１では、バインダーを固化材として用いることもできるため、以下に示すようなバインダーを用いることができる。
【００７０】
実施の形態１で用いるバインダーは、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も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、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。
【００７１】
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。
【００７２】
上記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。
【００７３】
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、乾燥後の電極膜を基準として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問題がある。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。
【００７４】
実施の形態１で用いる固化材は、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。
【００７５】
次に、実施の形態１によるリチウムイオン電池の各材料について説明する。
【００７６】
実施の形態１において、電極箔にペーストを塗布する方法として、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た塗布方法を用いることができる。
【００７７】
実施の形態１で用いる電極箔は代表的に示したものであり、シート状の箔に限定されることはない。その基体としては、例えばＡｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、ステンレス鋼、またはＴｉ（チタン）などの純金属または合金性導電材料を用いて、その形状として、網、パンチドメタル、フォームメタル、または板状に加工した箔などが用いられる。電極箔の厚さとしては、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膜の厚さは、乾燥後の厚さで、例えば１０〜３００μｍ、より好ましくは３０〜１５０μｍを選択できる。
【００７８】
実施の形態１で用いる溶剤は、塗布工程のペーストに含まれる第１の溶剤と、第１の溶剤を希釈する第２の溶剤と、第１の溶剤を排除する第３の溶剤とを適切に選択して使うことが重要である。これらの溶剤は、バインダーの溶解性、および溶剤相互の溶解性を考慮して選択する。
【００７９】
第１の溶剤としては、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。
【００８０】
また、第２の溶剤および第３の溶剤としては、水、エタノール、イソプロピルアルコール、もしくは酢酸などに代表される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が、ここに挙げた例に限定されるわけではない。場合によっては第２の溶剤および第３の溶剤として、脂肪族飽和炭化水素、脂肪族アミン類、エステル類、エーテル類、またはハロゲン系各種溶剤などを選択することも可能である。
【００８１】
実施の形態１における溶剤の選択は、電極材ペーストに用いる固化成分の選択とそれに合致した３種の溶剤の組み合わせに依存する。第１の溶剤を非プロトン性極性溶剤またはこれらの混合液とし、第２の溶剤および第３の溶剤をプロトン性極性溶剤またはこれらの混合液とすることで、塗布工程のペースト中ではバインダーが固化せず、固化工程の電極材ペースト中でバインダーを容易に固化することができる。これにより、第２の溶剤を電極材ペーストに接触させるまでは、電極材ペーストを電極箔の表面に広く塗布することができる一方で、第２の溶剤を電極材ペーストに接触させれば、バインダーを容易に固化させることができる。
【００８２】
次に、実施の形態１による固化手段、つまり第２の溶剤および第３の溶剤を用いた固化の方法および固化工程に用いる製造装置について説明する。
【００８３】
実施の形態１の固化手段は、電極箔の表面に塗布した第１の溶剤を含む電極材ペーストに第２の溶剤を接触させて電極材ペースト中の第１の溶剤を第２の溶剤で希釈し、第１の溶剤の濃度を固化が生じるまで希釈する機能を有するものである。さらに、第２の溶剤で希釈した後に、電極材ペースト中に残存している第１の溶剤を第３の溶剤で排除し、電極材ペースト中の混合溶剤を第２の溶剤に置換する機能を有するものである。
【００８４】
希釈による固化を実行する手段としては、電極箔の表面に保持した電極材ペーストに第２の溶剤をスプレーで吹きかける方式、第２の溶剤を溜めた液槽内に、電極箔の表面に保持した電極材ペーストを通過させる方式、および第２の溶剤を流下しながら供給する方式などが考えられる。図１７は、比較例として示す、電極箔の表面にスプレーで第２の溶剤を吹きかける固化装置を示す概略図である。図１７では、図の左側から右側に向かって電極箔１が搬送されている。
【００８５】
図１７に示すように、スプレーを用いて溶剤を供給する装置は、固化室９ａを有しており、固化室９ａの底部の液槽内には第２の溶剤１７が溜められている。固化室９ａの内部には、ローラー搬送系５により搬送される電極箔１が通過する経路があり、電極箔１は、ローラー搬送系５により、固化室９ａの外部から内部へ入り、その後、固化室９ａの外部へ搬送される。
【００８６】
電極箔１の表面には第１の溶剤を含む電極材ペースト１８が塗布されており、液槽内の第２の溶剤１７は、ポンプ２０により固化室９ａ内の上部に送られ、電極材ペースト１８の上方の噴射器１９から電極材ペースト１８に向かって吹きかけられる。これにより、第１の溶剤が第２の溶剤１７によって希釈されて、電極材ペースト１８が固化する。ただし、スプレーで第２の溶剤１７を吹きかける比較例の方法では、電極材ペースト１８に第２の溶剤１７が衝突して電極材ペースト１８の厚さが変動する問題がある。さらに、固化室９ａの底部の浴槽内に流出する余分な第２の溶剤１７とともに、溶解しているバインダーが流出してしまう問題がある。
【００８７】
また、第２の溶剤を電極材ペーストに供給する方法としては、電極材ペーストを表面に塗布した電極箔を、第２の溶剤を溜めた液槽に浸漬させることで、第２の溶剤を電極材ペーストに接触させて固化工程を行うことが考えられる。しかし、この方法では電極材ペースト中のバインダーが第２の溶剤に過度に晒されて流れ落ち、電極材ペースト中の結合力および電極材ペーストとその下地の電極箔との結合力が低下する問題が生じる。
【００８８】
そこで、実施の形態１の固化工程では、まず、第２の溶剤を含む加熱蒸気を電極材ペーストに供給し、第１の溶剤を第２の溶剤で希釈した後、さらに、電極材ペースト中に残存する第１の溶剤を第３の溶剤で排除する。詳細は後述するが、この方法により、電極材ペーストの厚さの変動および電極材ペースト中のバインダーの流出などの問題を回避することができる。
【００８９】
実施の形態１の固化工程に用いる製造装置には、電極箔のように薄く変形しやすいものを、非接触で安定に搬送する方法の一つである、空気浮上搬送技術を採用する。これは、電極箔の下側から、大気圧より高い圧力で空気を噴出させることで、電極箔と搬送装置との間に薄い空気膜を形成し、電極箔をわずかに搬送面から浮上させて搬送する技術である。この場合、電極箔と搬送装置とが直接接触しないため、接触式のローラコンベアとは異なり、低振動で高速に搬送でき、電極箔のシート面に微小な擦り傷がつくことを防ぐことができる。
【００９０】
実施の形態１の空気浮上搬送装置の俯瞰図を図３に示す。電極箔を搬送する面、すなわち空気浮上搬送装置２１の上面には、複数のピンホール２４が均一に分布して設けられており、ピンホール２４から空気を噴出して電極箔との隙間に薄い空気膜を形成する。空気の噴出にはピンホール２４の代わりに溝を用いてもよく、または多孔質材料を用いてもよい。この空気膜により、薄くて変形しやすい特性を有する金属箔に、均一な圧力を付与し、変形を防いで金属箔を搬送することができる。
【００９１】
この空気浮上搬送装置を用いた電極箔搬送装置を図４に示す。図４は、実施の形態１の固化工程に用いる電極箔搬送装置の断面図である。
【００９２】
電極箔搬送装置２２は、図１に示す固化室９内に配置され、電極箔１を搬送する役割と、電極箔１の表面に塗布された電極材ペースト１８に対して第２の溶剤を供給する役割とを有している。電極箔搬送装置２２は対向して設けられた二つの空気浮上搬送装置、すなわち第１空気浮上搬送装置（第１の装置）２１ａおよび第２空気浮上搬送装置（第２の装置）２１ｂを有しており、電極箔１は、第１空気浮上搬送装置２１ａと第２空気浮上搬送装置２１ｂとの間を浮上し搬送される。電極箔１の表面には、第１空気浮上搬送装置２１ａから、空気膜を形成する空気流が常に供給されている。同様に、電極箔１の裏面には、第２空気浮上搬送装置２１ｂから、空気膜を形成する空気流が常に供給されている。なお、図４では、電極箔１の表面に断続的に複数の電極材ペースト１８を形成しているが、電極箔１の表面の電極材ペースト１８は分離させずに、一括で長く延在するように塗布されていても構わない。
【００９３】
第１および第２空気浮上搬送装置２１ａ、２１ｂは、図３にも示したように、電極箔１と対向する方の面に、大気圧より高い力で空気を排気するピンホール２４を複数有している。例えば第２空気浮上搬送装置２１ｂの上面には、ピンホール２４（図３参照）が規則正しく並んで形成されており、浮上させる対象の電極箔１の裏面に均一に空気を供給することを可能としている。なお、図４では第２空気浮上搬送装置２１ｂの下方の一箇所から高圧空気が供給されているが、より均一に電極箔１の裏面に空気を供給するため、高圧空気を第２空気浮上搬送装置２１ｂに送り込む箇所を複数に分けてもよい。これは、第１空気浮上搬送装置２１ａも同様である。なお、ここで「高圧」とは、特に規定しない限り、大気圧よりも高い圧力という意味である。
【００９４】
次に、空気浮上して搬送される電極箔１の表面に塗布された電極材ペースト１８に、上記空気膜を形成する空気を経由して第２の溶剤の蒸気を供給する方法、および電極箔搬送装置から排出される空気流を利用して、電極材ペースト１８に第３の溶剤を供給する方法について説明する。なお、ここでは第２の溶剤および第３の溶剤を水とする場合について説明するが、第２の溶剤および第３の溶剤は、水に限らず前述した他の液体を用いたものであっても構わない。
【００９５】
水の各種蒸気の分布を図５に示す。図５は、横軸を圧力とし、縦軸を温度とするグラフであり、円弧は飽和点を示す。この飽和点の上側は、第２の溶剤である水が気体の水蒸気である領域であり、円弧の下側は、第２の溶剤である水が液体として存在する領域である。円弧の上側、すなわち加熱蒸気領域にある水蒸気を冷却すると、水蒸気の温度が飽和点を下回った時点から凝縮が起こり、液体の水が生じる。つまり図５は、圧力条件によって異なる水の飽和点を示すグラフである。
【００９６】
上記水蒸気凝縮の原理を応用した実施の形態１によるリチウムイオン電池の製造装置を構成する固化装置を図６に示す。
【００９７】
固化装置２５は、希釈固化部３８と溶剤置換部３９とからなる。
【００９８】
まず、希釈固化部３８について説明する。希釈固化部３８では、電極箔１の表面に塗布された電極材ペースト１８に第２の溶剤である水の蒸気を供給して、電極材ペースト１８を固化する。
【００９９】
希釈固化部３８は、対向して設けられた二つの空気浮上搬送装置、すなわち第１空気浮上搬送装置（第１の装置）２１ａおよび第２空気浮上搬送装置（第２の装置）２１ｂを備える電極箔搬送装置２２Ａを有している。さらに、電極箔搬送装置２２Ａの下部の第２空気浮上搬送装置２１ｂを介して電極箔１の裏面に高圧低温空気を供給する高圧低温空気供給部（低温空気生成機構）２６と、電極箔搬送装置２２Ａの上部の第１空気浮上搬送装置２１ａを介して電極箔１の表面に高圧加熱蒸気を供給する高圧加熱蒸気供給部（蒸気生成機構）２７とを有している。つまり、電極箔１には、第２空気浮上搬送装置２１ｂを通って低温の空気または窒素などの不活性気体が吹きつけられ、第１空気浮上搬送装置２１ａを通って蒸気が吹きつけられる。
【０１００】
第１空気浮上搬送装置２１ａと第２空気浮上搬送装置２１ｂとは第１の間隔を有して配置されており、電極箔１は、第１空気浮上搬送装置２１ａと第２空気浮上搬送装置２１ｂとの間を、その表面に電極材ペースト１８を保持した状態で浮上して搬送される。つまり、第１空気浮上搬送装置２１ａと第２空気浮上搬送装置２１ｂとは、電極箔１を挟んで互いに対向している。
【０１０１】
高圧低温空気供給部２６は、ペルチェ素子２８を用いた熱交換器３０、３１、温度センサ２９、温度コントローラ３２、および電流制御ＤＣ電源３３から構成され、温度コントローラ３２で高圧低温空気の温度管理がなされる。温度センサ２９は温度コントローラ３２に接続され、電流制御ＤＣ電源３３は、温度コントローラ３２およびペルチェ素子２８に接続されている。
【０１０２】
ペルチェ素子２８は上下に配置された二つの熱交換器３０、３１の間に配置され、ペルチェ素子２８の下の熱交換器３０を冷却する機能を有している。ペルチェ素子２８の上の熱交換器３１は、容器と、容器内の底部の複数の放熱フィンと、放熱フィンの上部に配置され、放熱フィンに空気を送るファンとを含み、放熱機能を有しており、熱交換器３０は、その内部を通る管内の空気を冷却する機能を有している。高圧低温空気供給部２６から供給される低温の空気の温度は、図５に示す飽和点未満の温度とする。この高圧低温空気により電極箔１および電極材ペースト１８を冷却し、電極材ペースト１８の表面に第２の溶剤を結露させるためである。
【０１０３】
高圧加熱蒸気供給部２７は、第２の溶剤である水３５をポンプ２０によりステンレス製缶体３４内に注入し、その水３５をヒーター３６で加熱することで発生した飽和蒸気を、さらに加熱コイル３７で加熱し、高圧加熱蒸気を発生させる装置である。なお、高圧低温空気供給部２６および高圧加熱蒸気供給部２７は、上記構成に限られず、他の手法を用いて高圧低温空気および高圧加熱蒸気を供給する装置であってもよい。供給される蒸気の温度は、図５に示す飽和点以上の温度とする。つまり、第２の溶剤が水の場合、大気圧以上の圧力下においては、蒸気の温度は必ず１００℃以上とする。
【０１０４】
電極箔１の裏面には、高圧低温空気供給部２６により、上記高圧加熱蒸気よりも低い温度に冷却された空気が、第２空気浮上搬送装置２１ｂを通じて供給され、電極箔１は上記高圧加熱蒸気よりも低温に保持される。一方、電極箔１の表面には、高圧加熱蒸気供給部２７により生成された、第２の溶剤である水を含む加熱蒸気が、第１空気浮上搬送装置２１ａを通じて供給される。加熱蒸気は低温に保持された電極箔１に接触すると熱を奪われて飽和点を下回り、電極箔１の表面に保持した電極材ペースト１８の表面に、凝縮した微細な水粒子が均一に生成される。この水粒子は速やかに電極材ペースト１８に浸透し、電極材ペースト１８中の第１の溶剤が第２の溶剤である水で希釈されることで、電極材ペースト１８が固化する。
【０１０５】
電極材ペースト１８中の第１の溶剤を希釈する第２の溶剤である水の量は、高圧加熱蒸気の水蒸気量、高圧低温空気の温度または電極箔１の搬送速度によって主に決定され、これらの値を適宜選択することにより、電極材ペースト１８が固化し、かつ、水の流出が生じない最適な水量を容易に得ることができる。また、図１７を用いて説明したようなスプレーで第２の溶剤を吹きかける方式、または第２の溶剤を流下しながら供給する方式では、電極材ペースト１８に第２の溶剤が衝突して電極材ペースト１８の厚さが変動する。しかし、実施の形態１では、第２の溶剤は電極材ペースト１８の表面に結露させて生成するので、電極材ペースト１８の厚さに影響を与えることがなく、均一な厚さが保たれる。
【０１０６】
次に、溶剤置換部３９について説明する。溶剤置換部３９では、希釈固化部３８において固化された電極材ペースト１８に第３の溶剤を供給して、電極材ペースト１８中に残存する第１の溶剤を第３の溶剤によって排除する。希釈固化部３８において電極材ペースト８中の第１の溶剤は第２の溶剤によって希釈されるが、完全に第１の溶剤が排出されておらず、１０〜２０％程度の第１の溶剤が残留する。そこで、溶剤置換部３９において、電極材ペースト１８中に残存する第１の溶剤を第３の溶剤により排除して、電極材ペースト１８中の混合溶剤を第２の溶剤に置換する。
【０１０７】
溶剤置換部３９は、希釈固化部３８と同様に、対向して設けられた二つの空気浮上搬送装置、すなわち第１空気浮上搬送装置（第１の装置）２３ａおよび第２空気浮上搬送装置（第２の装置）２３ｂを備える電極箔搬送装置２２Ｂを有している。電極箔搬送装置２２Ｂの上部の第１空気浮上搬送装置２３ａおよび下部の第２空気浮上搬送装置２３ｂは高圧乾燥空気を供給する供給源に接続されている。この高圧乾燥空気は一般的に工場に供給されている高圧乾燥空気を用いることができる。つまり、電極箔１には、第１空気浮上搬送装置２３ａおよび第２空気浮上搬送装置２３ｂを通って上下から空気が吹きつけられる。
【０１０８】
希釈固化部３８の電極箔搬送装置２２Ａと溶剤置換部３９の電極箔搬送装置２２Ｂとの間には電極箔１の表面の上方を覆うカバー４０を有しており、カバー４０と電極箔１との間には直方体の空間４２が形成されている。この直方体の空間４２は、希釈固化部３８の電極箔搬送装置２２Ａを構成する第１空気浮上搬送装置２１ａと第２空気浮上搬送装置２１ｂとの間、および溶剤置換部３９の電極箔搬送装置２２Ｂを構成する第１空気浮上搬送装置２３ａと第２空気浮上搬送装置２３ｂとの間に繋がっている。さらに、この直方体の空間４２は、電極箔１が搬送される方向（以下、電極箔の搬送方向と記す）と電極箔１の表面で直交する方向（以下、電極箔の搬送方向と直交する方向と記す）に、電極箔１の両側面に沿った開口部（図７に符号４３で示す開口部）を有している。
【０１０９】
図７に、固化装置を上面から見た概略図を示す。図７中、細い矢印は電極箔搬送装置２２Ａ、２２Ｂから開口部４３へ向かう空気の流れを示す。また、星型は電極材ペーストの中央部への第３の溶剤である水の落下点を示し、太い矢印は上記空気の流れに沿って開口部４３に向かう第３の溶剤である水の流れを示す。
【０１１０】
この直方体の空間４２では、希釈固化部３８の第１および第２空気浮上搬送装置２１ａ、２１ｂと溶剤置換部３９の第１および第２空気浮上搬送装置２３ａ、２３ｂの双方から排出された空気が開口部４３に向かう空気流を形成している。この電極箔１の表面での空気の流れは均一ではなく、電極箔１の搬送方向と直交する方向における中央部では、その速度がゼロである。
【０１１１】
図６に示すように、カバー４０の中央にはノズル４１を有しており、ノズル４１のもう一端は水供給部に接続されている。図７に示すように、供給部から供給される水は、電極箔１の搬送方向と直交する方向における電極箔１の中央部で接触し、上記空気流に沿って電極箔１の表面を横断し、直方体の空間４２の電極箔１の両側面に沿って設けられた開口部４３に向かって流れ出る水流を形成する。このときの水流は連続した流れであっても、あるいはシャワーのような不連続な水流であってもよい。
【０１１２】
希釈固化部３８を通過して固化された電極箔１は、溶剤置換部３９のカバー４０の下の直方体の空間４２に入り、電極材ペースト１８の表面は水流に接触する。このとき電極材ペースト１８は既に固化されているのでバインダーなどの溶質は流出しないが、電極材ペースト１８中に残存する第１の溶剤と第２の溶剤である水との混合溶剤は第３の溶剤である水と接触し、第１の溶剤は浸透圧の差で水に溶融する。その結果、第１の溶剤はその多くが水流とともに排出され、混合溶剤は実質的に第２の溶剤に置換される。さらに電極材ペースト１８の表面は、溶剤置換部３９の第１空気浮上搬送装置２３ａと第２空気浮上搬送装置２３ｂとの間に入るときに、第１および第２空気浮上搬送装置２３ａ、２３ｂから排出される空気の強い流れに接する。ここで電極材ペースト１８の表面にある第１、第２、および第３の溶剤は吹き払われ、電極材ペースト１８に残留する第１の溶剤の量はさらに少なくなる。この結果、電極材ペースト１８中に浸透している溶剤は、第１の溶剤はわずかに含まれるものの、その多くは第２の溶剤となる。
【０１１３】
図３および図４を用いて説明したように、第１空気浮上搬送装置２１ａの下面には、ピンホール２４（図３参照）が規則正しく並んで形成されており、電極箔１の表面に塗布された電極材ペースト１８の表面に均一に蒸気を供給することを可能としている。これにより、電極材ペースト１８の表面には均一な量で第２の溶剤が結露するため、電極材ペースト１８は一様に同じ品質で固化する。したがって、電極材ペースト１８の部分によって固化の状態にばらつきが生じることを防ぐことができるため、リチウムイオン電池の品質を向上させることができる。
【０１１４】
また、第２の溶剤に電極箔１を浸漬させて固化を行う場合に比べて、バインダーが過度に流れ落ちることを防ぐことができる。さらに、溶剤置換部３９の第１および第２空気搬送装置２３ａ、２３ｂを通過してきた電極材ペースト１８の第１の溶剤の存在量はわずかであり、第１の溶剤の濃度が高い時に生じる、乾燥工程中での第１の溶剤の濃度変化による固化したバインダーの再溶解は発生しない。したがって、電極材ペースト１８中の結合力および電極材ペースト１８と電極箔１との結合力が低下することを防ぐことができ、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。
【０１１５】
なお、図６に示す電極箔搬送装置２２Ａは逆に、下方から高圧加熱蒸気が供給され、上方から高圧低温蒸気が供給される構造を有していてもよい。
【０１１６】
図３、図４、および図６では、空気浮上搬送装置の一つの面に規則正しくピンホール２４（図３参照）を配置する場合について説明した。ピンホール２４の配置方法は、例えば上記面に沿い、互いに直交する二つの方向にピンホール２４を複数並べることで、マトリクス状にピンホール２４を並べてもよい。また、例えば上記面の中心から同心円状に描かれた複数の円を想定し、それらの円に沿って複数のピンホール２４を並べてもよい。
【０１１７】
また、ピンホール２４の配置は規則正しい配置ではなくてもよく、電極箔１に対して均一に空気または蒸気を供給することができる配置であれば、適宜変更することが可能である。また、ピンホールに限らず、例えば図６に示す第１空気浮上搬送装置２１ａの下面であって、電極箔１と対向する面に溝を複数形成し、溝に蒸気を通すことで、電極箔１の表面に塗布した電極材ペースト１８の表面に均一に蒸気を供給してもよい。この場合の溝の形状としては、例えば上記面の中心から放射線状に複数の溝を形成する場合が考えられる。また、複数の溝と、複数のピンホールを組み合わせて、例えば上記面に格子状の溝を形成し、格子状の溝の交点にピンホールを形成してもよい。
【０１１８】
また、図３、図４、および図６に示す第１および第２空気浮上搬送装置２１ａ、２１ｂはピンホールまたは溝を用いたものではなく、多孔質の板を介して電極箔１の面に空気を供給するものであってもよい。多孔質の板を用いることで、電極箔１の面全体に均一に空気を吹き付け、電極箔１を浮上させることが可能である。また、多孔質の板を用いることで、電極箔１の面全体に均一に第２の溶剤からなる蒸気を吹き付けることが可能となる。
【０１１９】
図１に示す乾燥室６ｃで行う電極材の乾燥手段は、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、または可視光など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、前述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。
【０１２０】
次に、実施の形態１によるリチウムイオン電池の製造工程において行う各工程について説明し、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を説明する。ここでは、一例として正極シートの製造工程について説明する。
【０１２１】
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、固化材としてのバインダーとなる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、さらに第１の溶剤である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ペーストを調整する。ペーストはスラリー状の液体であり、ペースト中には固化材としてのバインダーがＮＭＰ中に溶解している。回転粘度計で測定したペーストの粘度は約１０Ｐａ・Ｓとなる。
【０１２２】
このようにして混練したペーストを厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極集電体）の表面に厚さ１００μｍとなるようアプリケーターで塗布する。上記塗布工程が、アルミニウム箔の表面に塗工手段を用いて液状のペーストを塗布する実施の形態１の第１の工程である。
【０１２３】
次に、上記ペーストを塗布したアルミニウム箔に、第２の溶剤である水の蒸気を、図６を用いて説明した固化装置２５の希釈固化部３８に備わる電極箔搬送装置２２Ａを用いて供給することで、電極材ペーストを固化する。固化現象は、電極材ペースト中の第１の溶剤であるＮＭＰが第２の溶剤である水により希釈されることで、電極材ペースト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ペースト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、電極材ペースト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。
【０１２４】
また、第２の溶剤である水を蒸気で電極材ペーストへ供給するので、電極材ペーストの表面を一様に同じ品質で固化することができ、また、電極材ペースト中のバインダーが過度に流れ落ちることを防ぐことができる。
【０１２５】
続いて、電極材ペースト中の第１の溶剤であるＮＭＰを第２の溶剤である水の蒸気で希釈した後、電極材ペーストの表面に、第３の溶剤である純水を、図６を用いて説明した固化装置２５の溶剤置換部３９において供給する。これにより、電極材ペースト中に残存している第１の溶剤であるＮＭＰが第３の溶剤である純水により排除されて、電極材ペースト中の混合溶剤が第２の溶剤である水に置換される。
【０１２６】
上記固化工程が、電極材ペーストに含まれる第１の溶剤であるＮＭＰを第２の溶剤である水で希釈して、電極材ペーストを固化し、その後、電極材ペーストに残存している第１の溶剤であるＮＭＰを第３の溶剤である純水により排除する実施の形態１の第２の工程である。
【０１２７】
次に、上記第２の工程により固化した電極材ペーストを、温風乾燥炉内で１２０℃の温度で１０分間乾燥し、電極材ペースト中の水分、例えば第２の溶剤である水および微量に残留した第１の溶剤であるＮＭＰを蒸発除去することで、アルミニウム箔の表面に電極膜を形成したリチウムイオン電池用の正極シートを形成する。上記乾燥工程が、電極材ペーストから液体成分を除去して乾燥する実施の形態１の第３の工程となる。
【０１２８】
一方、比較例として、実施の形態１のように、乾燥工程前の固化工程を行わない場合のリチウムイオン電池の製造工程を以下に説明する。
【０１２９】
比較例のリチウムイオン電池の製造工程では、実施の形態１と同じ成分のペーストをアルミニウム箔の表面に塗布する。そして、そのまま、温風乾燥炉内でアルミニウム箔の表面に塗布した電極材ペーストを１２０℃の温度で１０分間乾燥し、電極材ペースト中の第１の溶剤であるＮＭＰを蒸発除去することで、アルミニウム箔の表面に電極膜が形成されたリチウムイオン電池用電極を形成する。このように、比較例では、実施の形態１の固化工程を省略した製造方法で、実施の形態１と同じ組成のリチウムイオン電池用電極を製造する。
【０１３０】
ここで、実施の形態１の製造方法と比較例の製造方法で得られた電極膜の種々の特性を比較した表を、図８に示す。前述したように、固化工程を持つ実施の形態１では、乾燥工程を行う前の状態で電極材ペーストが固化しているのに対し、比較例の製造方法の乾燥工程では、液体の電極材ペーストを、例えば温風乾燥炉で乾燥する。したがって、実施の形態１では、乾燥工程においてローラーなどを電極材ペースト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。
【０１３１】
また、実施の形態１の効果は、電極膜の組成分布などに顕著に現れる。乾燥後の電極膜に対しては、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、電極膜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。この手法で測定したバインダー成分の膜厚方向の濃度が、電極膜の表面とアルミニウム箔に接する底面とでその比が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して定義する。分布の比較では、実施の形態１の電極膜は分布小であり、比較例の電極膜は分布大となり、顕著な違いが認められる。
【０１３２】
バインダー成分の分布は、比較例の製造方法では電極材ペーストの乾燥時に電極材ペーストのが液状であるため、電極膜内に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発生するものと推定される。これに対し、実施の形態１では、固化工程で電極材ペーストが固化すると同時に電極材ペーストの成分は固定化され、乾燥時に移動しなくなるために分布が小さくなる。
【０１３３】
また、電極膜の観察から得られる電極膜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は分布が大であるのに対し、実施の形態１の電極膜は分布が小となり、均一な膜であると認められる。
【０１３４】
以上に説明したように、実施の形態１の固化工程の採用は、製造装置、プロセス条件を改善させることができ、また、電極膜の組成の均一性の向上といった品質面の向上させることができる。なお、実施の形態１の効果は、前述した正極材料を含む正極電極膜でのみ得られるのではなく、負極電極膜でも同様に得られるものである。
【０１３５】
また、比較例の製造方法は、乾燥時に電極材ペーストの組成および膜厚が変動する問題を有しているが、実施の形態１によれば、乾燥工程前に固化工程を導入することにより、電極材ペーストの組成および膜厚を安定して維持することができる。また、実施の形態１では固化工程を行うことで、前述した各種の変動が起こる虞を排除した後に乾燥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、実施の形態１の製造装置を用いたリチウムイオン電池の製造方法を用いることで、電極膜の品質を安定させ、かつ、乾燥設備を小型化できるため、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。
【０１３６】
また、乾燥工程前、または乾燥工程中において、固化した電極材ペーストを保持した電極箔の搬送に、固化した電極材ペースト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、すなわち製造装置の構成の選択の自由度が向上する効果を得ることができる。
【０１３７】
また、実施の形態１では、乾燥室内で除去する電極材ペースト中の溶剤成分の殆どが、ペースト調整に使用する第１の溶剤ではなく、第２の溶剤となることが特徴となっている。このように、乾燥時の溶剤をペースト塗布時の溶剤と異なる溶剤にすることで、乾燥に伴う製造上の各種の問題を回避することができる。
【０１３８】
具体的には、ペーストの生成時およびペーストの塗布時において、ペースト中の溶剤成分として使用する第１の溶剤が可燃性溶剤であっても、実施の形態１の固化工程で、電極材ペースト中の溶剤は第２の溶剤に置換されるので、第２の溶剤として不燃性溶剤を選択することにより、乾燥室での可燃性溶剤蒸気が発生することを防ぐことができる。このため、安全上および設備上の問題を解消することが可能となる。このようにして、製造工程上の問題および制約を回避するプロセス設計が可能となる。
【０１３９】
また、実施の形態１では、電極材ペーストの固化工程を行ってから乾燥工程を行うことで、電極材ペーストは流動性を失うため、乾燥工程において電極材ペーストの表面にバインダーが偏析することがない。これにより、電極膜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。
【０１４０】
なお、前述した実施の形態１の製造工程における、固化室内での溶剤の置換による固化工程は、正極シートおよび負極シートの製造にかぎらず、正負の電極シート間に介在させるセパレータ１２（図２参照）の形成工程においても用いることができる。
【０１４１】
セパレータの製造方法としては、正極シートおよび負極シートを形成する工程と同様に、基材（基板、箔）の表面にセパレータ材料（以下単にセパレータ材という）のペーストを塗布した後、乾燥させることで、固体のセパレータを形成する方法が考えられる。
【０１４２】
具体的なセパレータの製造工程では、例えば、まず図１を用いて説明した電極膜の形成工程を経て、電極箔１の表面に電極膜が形成された電極シートを電極箔ロール７に巻き取る。その後、電極箔ロール７を図１に示す装置と同様のセパレータ形成装置に設置し、電極膜の製造工程と同様にして、塗工部において電極箔１の表面に、電極膜を介してセパレータ材用のペーストを塗布した後、固化装置においてセパレータ材ペーストを固化し、乾燥室において乾燥させることで、電極膜の表面にセパレータを積層させて形成する。
【０１４３】
完成したリチウムイオン電池内において、セパレータは、例えば多孔性ポリプロピレン膜またはポリエチレンなどからなり、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、セパレータ内の空孔内に電解液を保持し、隣り合う電極間のイオン伝導の通路を形成するものである。セパレータを形成するために電極シートの表面に塗布するセパレータ材用のペーストには、シリカ（酸化シリコン）またはアルミナ（酸化アルミニウム）などと、前述したバインダーと、第１の溶剤（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考えられる。
【０１４４】
このようなペーストを、電極膜の表面に塗布した後、図６を用いて説明した固化工程により、セパレータ材ペーストに第２の溶剤（例えば水）および第３の溶剤（例えば水）を供給することでセパレータ材ペーストが固化し、その後、温風乾燥などにより乾燥工程を行うことで、電極箔の表面に電極膜を介してセパレータを積層して形成することができる。
【０１４５】
図１４などを用いて説明した比較例の製造方法のように、溶剤の置換作用を利用した固化工程を導入せず、乾燥工程のみでセパレータ材ペーストを固体にしてセパレータを形成する場合、前述したように、形成した膜の品質が低下する問題、および製造コストが増大する問題などが生じる。
【０１４６】
これに対し、実施の形態１のように、図６に示す固化装置２５を用いて第２の溶剤および第３の溶剤を供給し、乾燥工程前にセパレータ材ペーストを固化することで、セパレータの組成の安定化、乾燥装置の簡略化、およびスループットの向上などを実現することで、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。
【０１４７】
なお、セパレータの形成方法としては、セパレータの下地となる電極膜を形成した後、すなわち、正極または負極を形成する際に用いるペーストを塗布して固化工程および乾燥工程を行い、電極膜を形成した後に、電極膜の表面にセパレータ材用のペーストを塗布して固化工程および乾燥工程を行う方法がある。また、セパレータ材用のペーストの塗布は、電極材ペーストの固化工程後であって、乾燥工程前に行い、その後、セパレータ材ペーストの固化工程を行った後、電極材ペーストおよびセパレータ材ペーストの乾燥工程を一括して行ってもよい。
【０１４８】
また、電極材用のペーストを電極箔の表面に塗布した後、さらに、セパレータ材用のペーストを電極材用のペーストの表面に塗布し、その後、セパレータ材ペーストおよび電極材ペーストの固化工程および乾燥工程を一括して行うことも可能である。これにより、固化工程および乾燥工程を行う回数を省略することができ、スループットを向上させ、また、製造装置を縮小させることができるため、リチウムイオン電池の製造工程を簡略化し、製造コストを低減することができる。
【０１４９】
（実施の形態２）
実施の形態２によるリチウムイオン電池の製造方法について図９を用いて説明する。図９は、実施の形態２による逐次両面塗布型の電極製造装置の構成を示す概略図である。前述した実施の形態１と同じ構成については、その説明を省略する。
【０１５０】
実施の形態２では、電極箔１の表面に対して、ペーストを塗布する工程、電極材ペーストを固化する工程、電極箔１を乾燥する工程を行った後、電極箔１の裏面に対して、ペーストを塗布する工程、電極材ペーストを固化する工程、電極箔１を乾燥する工程を行うことを特徴としている。
【０１５１】
実施の形態２のリチウムイオン電池用の製造工程では、まず、正、負極材のペーストを高粘度スラリー状の液体として調整し、このペーストを表面用の塗工部２に設置したダイコーターなどの塗工手段３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。
【０１５２】
このようにしてペーストを塗布した電極箔１の裏面に接しながら電極箔１を一定速度で搬送するためのローラー搬送系５を用いて、電極箔１を表面用の固化室９に搬入し、電極材ペーストに第２の溶剤を接触させて、第１の溶剤を希釈することにより、電極材ペーストを固化する。その後、さらに第３の溶剤を接触させて、残留している第１の溶剤を第３の溶剤により排除する。
【０１５３】
次に、固化した電極材ペーストを保持した電極箔１を乾燥室６ｃに搬入し、熱風乾燥などの手法で電極材ペースト中の溶剤成分を加熱蒸発して電極材ペーストを乾燥させる。
【０１５４】
次に、乾燥した電極箔１を裏面用の塗工部２ａに設置したダイコーターなどの塗工手段３ａを用いて、電極箔１の裏面に薄く、均一にペーストを塗布する。
【０１５５】
ペーストを塗布した電極箔１を裏面用の固化室９ｂに搬入し、電極材ペーストに第２の溶剤を接触させて、第１の溶剤を希釈することにより、電極材ペーストを固化する。その後、さらに第３の溶剤を接触させて、残留している第１の溶剤を第３の溶剤により排除する。
【０１５６】
次に、固化した電極材ペーストを保持した電極箔１を乾燥室６ｃに搬入し、熱風乾燥などの手法で電極材ペースト中の溶剤成分を加熱蒸発して電極材ペーストを乾燥させる。乾燥した電極箔１を巻き取った電極箔ロール７は、次工程に供給される。
【０１５７】
実施の形態２では、電極箔１の表面および裏面への電極膜の形成を、表面および裏面それぞれの塗布、固化、乾燥の工程を分けて行うものであり、図１５に示す比較例の製造方法に比べて、電極膜の品質の向上と、乾燥設備の小型化との両立を容易に実現することができる。また、同様の工程をセパレータの製造工程に適用することで、セパレータの品質の向上および乾燥設備の小型化も可能となる。
【０１５８】
なお、実施の形態２では、表面側の電極材ペーストの乾燥を行わないまま、裏面側の電極材ペーストの塗布工程および固化工程を行った後、電極箔１の両面のそれぞれの電極材ペーストを一括して乾燥する方法を用いてもよい。これにより、乾燥室を一つ省略することができ、製造装置を縮小し、また、スループットを向上して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。
【０１５９】
（実施の形態３）
実施の形態３によるリチウムイオン電池の製造方法について図１０を用いて説明する。図１０は、実施の形態３による両面塗工一括乾燥型の電極製造装置の構成を示す概略図である。前述した実施の形態１と同じ構成については、その説明を省略する。
【０１６０】
実施の形態３のリチウムイオン電池用の製造工程では、まず、正、負極材のペーストを高粘度スラリー状の液体として調整し、このペーストを塗工部２ｂに設置したダイコーターなどの表面用の塗工手段３ｂおよび裏面用の塗工手段３ｃ用いて、集電用電極箔ロール４から供給される電極箔１の両面に薄く、均一に塗布する。
【０１６１】
次に、両面にペーストを塗布した電極箔１を固化室９に搬入し、電極材ペーストに第２の溶剤を電極箔１の両面に一括して接触させ、電極材ペーストを固化する。その後、さらに、第３の溶剤を電極箔１の両面に接触させて、残留している第１の溶剤を排除する。固化した電極材ペーストであれば、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ためのローラー搬送系５を用いての搬送が可能である。
【０１６２】
このとき、固化室９は、図１および図９の固化室９とは異なり、電極箔１の表面の電極材ペーストを固化する装置と、表面の反対側の裏面の電極材ペーストを固化する装置との二つを含んでいる。
【０１６３】
例えば固化室９に搬送された電極箔１は、上方から第２の溶剤が供給されることで表面側の電極材ペーストが固化し、その後、電極箔１は下方から第２の溶剤が供給されることで裏面側の電極材ペーストが固化する。
【０１６４】
つまり、例えば固化室９には、図６に示す希釈固化部の電極箔搬送装置２２Ａが二つ並んで配置されている。電極箔搬送装置２２Ａのうちの一方は、上方から高圧加熱蒸気が供給され、下方から高圧低温空気が供給される構造を有し、電極箔１の表面側の電極材ペーストに含まれる第１の溶剤を第２の溶剤で希釈する。電極箔搬送装置２２Ａのもう一方は、下方から高圧加熱蒸気が供給され、上方から高圧低温空気が供給される構造を有し、電極箔１の裏面側の電極材ペーストに含まれる第１の溶剤を第２の溶剤で希釈する。続いて、溶剤置換部の電極箔搬送装置２２Ｂによって、電極箔１の表面側および裏面側の電極材ペーストに残留する第１の溶剤を第３の溶剤で排除する。
【０１６５】
これは、一つの電極箔搬送装置２２Ａにより両面に同時に第２の溶剤を供給しようとすると、電極箔１を冷却することができず、精度よく第２の溶剤を電極材ペーストの表面に結露させることができないためである。
【０１６６】
次に、実施の形態３の手段で固化した電極材ペーストを両面に保持した電極箔１を乾燥室６ｃに搬入し、熱風乾燥などの手法で電極材ペースト中の溶剤成分を両面を一括して加熱蒸発させ、電極材ペーストを乾燥する。乾燥した電極箔１を巻き取った電極箔ロール７は、次工程に供給される。
【０１６７】
ここでも、乾燥室６ｃ内に搬入される電極材ペーストは既に固化されているため、図１６を用いて説明した比較例のように、内部にエアー浮上式の搬送系を備えた乾燥室を用いる必要はなく、乾燥室６ｃ内の搬送では、固化した裏面の電極材ペーストに直接接触するローラー搬送系５を用いることができる。
【０１６８】
実施の形態３では、電極箔１の表面および裏面への電極膜の形成を一括して行う場合、乾燥工程前に固化を行う利点をより生かした製造方法を実現することができる。つまり、図１６に示す比較例の方法に比べて、電極膜の品質の向上と乾燥設備の小型化とが実現可能であることに加えて、固化した電極材ペーストを保持した電極箔１の搬送に、固化した電極材ペーストと接触する安価な接触式のローラー搬送系の使用も可能となる。
【０１６９】
すなわち、実施の形態３では、固化した電極材ペーストと接触する接触式のローラー搬送系の使用が可能となるため、両面一括乾燥する場合にも複雑で、かつ、高価なエアー浮上式の搬送系を用いる必要がなく、ローラー搬送系を使用した安価な乾燥室を利用することができる。
【０１７０】
また、同様の工程をセパレータの製造工程に適用することで、セパレータの品質の向上および乾燥設備の小型化も可能となり、固化したセパレータ材ペーストを保持する電極箔の搬送にもローラー搬送系を用いることができるため、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。
【０１７１】
（実施の形態４）
前述した実施の形態１〜３では、電極箔１の表面に塗布された電極材ペースト１８に第２の溶剤である水の蒸気を供給して、電極材ペースト１８を固化した。これに対して、実施の形態４では、電極箔１の表面に塗布された電極材ペースト１８に、例えば１０〜１００μｍの粒径を有するミスト状の第２の溶剤を供給して、電極材ペースト１８を固化する。
【０１７２】
実施の形態４によるリチウムイオン電池の製造方法について図１１〜図１３を用いて説明する。図１１および図１２は、それぞれ実施の形態４によるリチウムイオン電池の製造装置を構成する固化装置の側面図および平面図である。また、図１３（ａ）および（ｂ）は、それぞれ実施の形態４による固化装置に備わる複数のノズルから散布される溶剤の散布領域を説明する平面図および電極箔の搬送方向から見たノズルヘッダーの側面図である。
【０１７３】
図１１および図１２に示すように、固化装置５０は、希釈固化部５１と溶剤置換部５２とからなる。
【０１７４】
希釈固化部５１は、電極材ペースト１８の表面に１０〜１００μｍの粒径の第２の溶剤を散布する複数のノズル５４ａと、第２の溶剤を、第２の溶剤の供給源から複数のノズル５４ａに分配供給するノズルヘッダー５３ａとからなる。図１３（ｂ）に示すように、ノズルヘッダー５３ａは、電極箔１の搬送方向と電極箔１の表面で直交する方向（すなわち、電極箔１の幅方向）に配置されており、このノズルヘッダー５３ａに電極箔１の搬送方向と直交する方向に複数のノズル５４ａが下向きに取り付けられている。
【０１７５】
溶剤置換部５２は、電極材ペースト１８の表面に５０〜５００μｍの粒径の第３の溶剤を散布する複数のノズル５４ｂと、第３の溶剤を、第３の溶剤の供給源から複数のノズル５４ｂに分配供給するノズルヘッダー５３ｂと、電極材ペースト１８の表面に接触し、加圧しながら回転する溶剤排除ローラー５５とからなる。ノズルヘッダー５３ａと同様に、ノズルヘッダー５３ｂは、電極箔１の搬送方向と電極箔１の表面で直交する方向（すなわち、電極箔１の幅方向）に配置されており、このノズルヘッダー５３ｂに電極箔１の搬送方向と直交する方向に複数のノズル５４ｂが下向きに取り付けられている。
【０１７６】
さらに、固化装置５０は、電極箔搬送装置を構成するローラー搬送系を有している。電極箔１は、その表面に電極材ペースト１８を保持した状態で、ローラー搬送系により回転するローラー５Ａの上を搬送される。
【０１７７】
希釈固化部５１に電極材ペースト１８が進入すると、複数のノズル５４ａから散布される１０〜１００μｍの微細な粒径の第２の溶剤が電極材ペースト１８の表面（図１３（ａ）のＡ領域）に付着し、内部に浸透して電極材ペースト１８に含まれる第１の溶剤は第２の溶剤で希釈される。これにより、電極材ペースト１８は固化する。第２の溶剤の成分は第１の溶剤の成分とは異なるものであり、第１および第２の溶剤は、例えばそれぞれ実施の形態１において説明した成分と同様である。
【０１７８】
第２の溶剤の粒径が１０μｍより小さいときには、電極材ペースト１８に第２の溶剤が達しても反射してしまい付着しないので好ましくなく、第２の溶剤の粒径が１００μｍより大きいときには、電極材ペースト１８に第２の溶剤が衝突して電極材ペースト１８の厚さが変動するので好ましくない。
【０１７９】
希釈固化部５１を通過することによって電極材ペースト１８に供給される第２の溶剤の量は、固化が完了するのに必要な量よりも多く、かつ、第１の溶剤と第２の溶剤との混合溶剤が電極箔１から流出する量よりも少ないことが好ましい。固化が完了する前に混合溶剤が流出すると、混合溶剤とともにバインダーや活物質が流出して、電極膜の品質が劣化してしまう。例えば電極箔１の幅が５００ｍｍ、ローラー搬送系５の送り速度が１ｍ／分の場合、適切な第２の溶剤の量として、８リットル／分を例示することができるが、この量は種々の条件により異なることは言うまでもない。
【０１８０】
希釈固化部５１を通過して固化が完了した電極材ペースト１８は、活物質がバインダーにより固着されて流動性がない状態であるとともに、その周りの空隙が第１の溶剤と第２の溶剤の混合溶剤で占められた状態である。
【０１８１】
希釈固化部５１を通過した電極材ペースト１８は、続いて、溶剤置換部５２に進入し、複数のノズル５４ｂから散布される５０〜５００μｍの粒径の第３の溶剤が電極材ペースト１８の表面（図１３（ａ）に示すＢ領域）に付着して、固化した電極材ペースト１８の表面に第３の溶剤の層を形成する。第３の溶剤の成分は第１の溶剤の成分とは異なるものであり、第１および第３の溶剤は、例えばそれぞれ実施の形態１において説明した成分と同様である。なお、第２の溶剤と第３の溶剤は同じ成分であってもよく、例えば水を用いることができる。
【０１８２】
この第３の溶剤との接触により、電極材ペースト１８中の第１の溶剤と第２の溶剤との混合溶剤に第３の溶剤が浸透し、一方、第３の溶剤と異なった成分である第１の溶剤は浸透圧の差で第３の溶剤に溶出する。この結果、混合溶剤中の第１の溶剤の濃度は低下する。このとき、電極材ペースト１８は固化しているのでバインダーや活物質は流出することはない。
【０１８３】
電極箔１の表面に留まらず、流出する多量の第３の溶剤が散布されるので、第３の溶剤に溶解した第１の溶剤は排除されて、電極材ペースト１８は実質的に第２の溶剤で置換される。例えば電極箔１の幅が５００ｍｍ、ローラー搬送系の送り速度が１ｍ／分の場合、適切な第３の溶剤の量として、４０リットル／分を例示することができるが、この量は種々の条件により異なることは言うまでもない。
【０１８４】
溶剤置換部５２に備わる複数のノズル５４ｂを通過した電極材ペースト１８は、続いて、溶剤排除ローラー５５に向かって搬送される。複数のノズル５４ｂと溶剤排除ローラー５５との間は電極箔１の搬送方向に下った斜面となっており、第１の溶剤を含んで流出する第３の溶剤はこの斜面に沿って流下し、希釈固化部５１の方向に逆流することはない。
【０１８５】
斜面の下端に備わる溶剤排除ローラー５５は、電極材ペースト１８の表面に接触し、加圧しながら回転する。電極材ペースト１８は固化しているので、溶剤排除ローラー５５が接触し、加圧しても、電極材ペースト１８の厚さが変化することはない。第１の溶剤を含んで流出する第３の溶剤は、この加圧により溶剤排除ローラー５５の両端方向に押しやられ、電極材ペースト１８の表面から排除される。これにより、電極材ペースト１８の表面には実質的に第１、第２、および第３の溶剤が付着しておらず、かつ、電極材ペースト１８の内部には、第１の溶剤が実質的に置換された第２の溶剤が含まれている。
【０１８６】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１８７】
本発明は、リチウムイオン電池の製造技術に適用して有効である。
【符号の説明】
【０１８８】
１  電極箔
２、２ａ、２ｂ  塗工部
３、３ａ、３ｂ、３ｃ  塗工手段
４  集電用電極箔ロール
５、５ａ  ローラー搬送系
５Ａ  ローラー
６、６ａ、６ｂ、６ｃ  乾燥室
７  電極箔ロール
８  非接触式搬送系
９、９ａ、９ｂ  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
１７  第２の溶剤
１８  電極材ペースト
１９  噴射器
２０  ポンプ
２１    空気浮上搬送装置
２１ａ  第１空気浮上搬送装置
２１ｂ  第２空気浮上搬送装置
２２、２２Ａ、２２Ｂ  電極箔搬送装置
２３ａ  第１空気浮上搬送装置
２３ｂ  第２空気浮上搬送装置
２４  ピンホール
２５  固化装置
２６  高圧低温空気供給部（低温空気生成機構）
２７  高圧加熱蒸気供給部（蒸気生成機構）
２８  ペルチェ素子
２９  温度センサ
３０、３１  熱交換器
３２  温度コントローラ
３３  電流制御ＤＣ電源
３４  ステンレス製缶体
３５  水
３６  ヒーター
３７  加熱コイル
３８  希釈固化部
３９  溶剤置換部
４０  カバー
４１  ノズル
４２  直方体の空間
４３  開口部
５０  固化装置
５１  希釈固化部
５２  溶剤置換部
５３ａ、５３ｂ  ノズルヘッダー
５４ａ、５４ｂ  ノズル
５５  溶剤排除ローラー
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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