(57)【要約】【課題】エレクトロスプレーデポジション法を用いて電極基材の表面に形成する薄膜の厚みを、その端部においても均一とすることが可能なリチウムイオン二次電池の電極塗工装置を提供する。【解決手段】アルミ箔２０の塗工範囲Ｃ１の一端部Ｃ１ａ寄りの位置であるノズル位置ＮＰ１に配置されたノズル口１１から、塗工範囲Ｃ１の中央部Ｃ１ｂ側に向けてペーストＰを吐出する第１の吐出と、塗工範囲Ｃ１の他端部Ｃ１ｃ寄りの位置に配置されたノズル口１１から、塗工範囲Ｃ１の中央部Ｃ１ｂ側に向けてペーストＰを吐出する第２の吐出と、を行う。【選択図】図２
2015032496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトロスプレーデポジション法を用いたリチウムイオン二次電池の電極塗工装置であって、
ノズル口が開設され、該ノズル口から電極基材の塗工範囲に向けてペーストを吐出するノズルと、
前記ノズル口の上流においてペーストに電圧を印加するとともに、該ペーストに印加する電圧とは逆極性の電圧を前記電極基材に印加する電圧印加手段と、を備え、
前記ノズルは、
前記塗工範囲の一端部寄りの位置に配置された前記ノズル口から、前記塗工範囲の中央部側に向けて前記ペーストを吐出する第１の吐出と、
前記塗工範囲の他端部寄りの位置に配置された前記ノズル口から、前記塗工範囲の中央部側に向けて前記ペーストを吐出する第２の吐出と、を行うことを特徴とするリチウムイオン二次電池の電極塗工装置。
【請求項２】
前記塗工範囲の前記一端部と前記他端部とは、前記塗工範囲の中央部を挟んで対向する部位であることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極塗工装置。
【請求項３】
前記ノズルは、前記電極基材に対して相対的に移動することで前記塗工範囲の前記一端部寄りの第１の位置と前記塗工範囲の前記他端部寄りの第２の位置とに前記ノズル口を配置可能となるように構成され、且つ、前記第１の位置及び前記第２の位置において前記ノズル口の向きを前記塗工範囲の中央部側に向けるように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のリチウムイオン二次電池の電極塗工装置。
【請求項４】
前記塗工範囲の端部の近傍に配置されて前記塗工範囲外の前記電極基材を覆うとともに、電位を有する帯電マスクを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池の電極塗工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロスプレーデポジション法を用いたリチウムイオン二次電池の電極塗工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、起電力が大きく高容量という特性が評価され、リチウムイオン二次電池が広く普及している。特に、小型軽量なリチウムイオン二次電池は、携帯機器の利便性向上などに大きく貢献しており、自動車の動力源としても実用化されている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池の電極には、コバルト酸リチウムやマンガン酸リチウム等の活物質が使用されている。通常、これらは単独では微粒子として存在するため、電極の形成の際には、バインダ機能を有する適当なペーストとともに使用する必要がある。活物質を含有するペーストを電極基材に塗工し、薄膜を形成することで、電池の小型化や集積化に寄与する薄膜電極を得ることが可能となる。
【０００４】
下記特許文献１には、リチウムイオン電池の電極の形成において、薄膜の形成方法としてエレクトロスプレーデポジション法（ＥＳＤ法）を用いることが記載されている。図１０に表すＥＳＤ法を用いた電極塗工装置ＰＣＭ０では、電極基材であるアルミ箔２００の上方において、アルミ箔２００の表面２１０に対し略垂直に延びるノズル１００を使用する。ノズル１００内に存在するペーストＰに電圧を印加するとともに、その電圧とは逆極性の電圧をアルミ箔２００に印加すると、ノズル口１１０に存在するペーストＰと、アルミ箔２００との間に電界が発生する。この電界により、帯電しているペーストＰにクーロン力（アルミ箔２００側への引力）が作用して、ノズル１００のノズル口１１０から矢印Ａ１００の方向に吐出される。
【０００５】
ノズル口１１０から吐出されたペーストＰは、自己の表面張力や電界の影響を受けながらアルミ箔２００に向けて飛散し、表面２１０の塗工範囲Ｃ０内に到達・付着することで、膜４１０が形成される。そして、ノズル１００若しくはアルミ箔２００をそれぞれ矢印Ａ１０１の方向に移動させるなどして、両者の相対位置を変えながらペーストＰの吐出を行うことで、膜４２０、４３０を順次形成する。このようにして形成する膜４１０、４２０、４３０を連ねることで、塗工範囲Ｃ０にわたる薄膜４００を形成することができる。
【０００６】
このＥＳＤ法によれば、非真空中でも薄膜形成が可能であるばかりでなく、薄膜４００を微細構造体に形成することができる。したがって、電極もエネルギー密度がより高いものとすることが可能になるため、ＥＳＤ法は電極の形成に非常に適した技術といえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１３−５０４１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のようなＥＳＤ法を用いた薄膜形成では、ノズル口１１０から吐出されたペーストＰは、帯びた電荷に基づく静電反発により、放射状に拡散しながらアルミ箔２００に向けて飛散する。このため、ノズル口１１０から吐出されたペーストＰが飛散する範囲である飛散範囲Ｓ０は、ノズル口１１０を頂点とした略円錐形状を呈する。この飛散範囲Ｓ０内において、ペーストＰは、中央部Ｓ０ｂでは吐出された際の慣性によってアルミ箔２００に対し略垂直方向に飛散する一方、端部Ｓ０ａ、Ｓ０ｃではアルミ箔２００に対し傾斜する方向に飛散する。
【０００９】
さらに、飛散範囲Ｓ０内における電界強度は、ノズル口１１０とアルミ箔２００との距離が最も小さい経路上にある中央部Ｓ０ｂで最大となる一方、両者の距離が比較的大きい経路上にある端部Ｓ０ａ、Ｓ０ｃで比較的小さくなる。このため、飛散範囲Ｓ０内のペーストＰに作用するクーロン力の大きさは、中央部Ｓ０ｂにおいて最大となり、端部Ｓ０ａ、Ｓ０ｃでは比較的小さくなる。また、ペーストＰに作用するクーロン力の方向は、中央部Ｓ０ｂではアルミ箔２００に対し略垂直方向となり、端部Ｓ０ａ、Ｓ０ｃではアルミ箔２００に対し傾斜する方向となる。
【００１０】
以上のように、飛散範囲Ｓ０内においては、その中央部Ｓ０ｂと、端部Ｓ０ａ、Ｓ０ｃとで、ペーストＰに作用するクーロン力に差異が生じる。また、中央部Ｓ０ｂでは、ペーストＰに作用するクーロン力の方向と、ノズル口１１０からの吐出の際に生じる慣性力の方向が、いずれもアルミ箔２００に対し略垂直方向となり一致する。このため、ノズル口１１０から吐出されたペーストＰの多くが、中央部Ｓ０ｂの先にある塗工範囲Ｃ０のうち、ノズル口１１０と対向する部分に強く指向することになる。したがって、図１０に表すように、形成される膜４１０の厚みは、ノズル口１１０と対向する中央部４１０ｂで大きくなり、その端部４１０ａ、４１０ｃに向かって漸次小さくなる。
【００１１】
ノズル１００若しくはアルミ箔２００をそれぞれ矢印Ａ１０１の方向に移動させるなどして、塗工範囲Ｃ０にわたる薄膜４００を形成した場合にも、その薄膜４００の端部４００ａ、４００ｃでは、中央部４００ｂ側から外方に向かって漸次厚みが小さくなってしまう。このように厚みが不十分な端部４００ａ、４００ｃは、電極として十分に機能しないため、薄膜４００のうち電極として有効に機能する部分の面積（有効面積）が減少し、性能の低下を招くという問題があった。
【００１２】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、エレクトロスプレーデポジション法を用いて電極基材の表面に形成する薄膜の厚みを、その端部においても均一とすることが可能なリチウムイオン二次電池の電極塗工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明に係るリチウムイオン二次電池の電極塗工装置は、エレクトロスプレーデポジション法を用いたリチウムイオン二次電池の電極塗工装置であって、ノズル口が開設され、該ノズル口から電極基材の塗工範囲に向けてペーストを吐出するノズルと、前記ノズル口の上流においてペーストに電圧を印加するとともに、該ペーストに印加する電圧とは逆極性の電圧を前記電極基材に印加する電圧印加手段と、を備え、前記ノズルは、前記塗工範囲の一端部寄りの位置に配置された前記ノズル口から、前記塗工範囲の中央部側に向けて前記ペーストを吐出する第１の吐出と、前記塗工範囲の他端部寄りの位置に配置された前記ノズル口から、前記塗工範囲の中央部側に向けて前記ペーストを吐出する第２の吐出と、を行うことを特徴としている。
【００１４】
本発明に係るリチウムイオン二次電池の電極塗工装置は、塗工範囲の一端部寄りの位置に配置されたノズル口から、ペーストを吐出する第１の吐出を行う。この場合、電極基材は、その塗工範囲の一端部寄りの部位でノズル口との距離が最も小さくなり、電界強度も最大となる。
【００１５】
また、第１の吐出では、塗工範囲の一端部寄りの位置に配置されたノズル口から、塗工範囲の中央部側に向けてペーストを吐出する。すなわち、ペーストは塗工範囲に対し傾斜する方向に吐出される。よって、ノズル口から吐出されたペーストが飛散する範囲である飛散範囲においては、塗工範囲の一端部寄りである飛散範囲の一端部で最も大きなクーロン力（電極基材側への引力）がペーストに作用するため、ペーストは塗工範囲の一端部に強く指向する。したがって、第１の吐出では、塗工範囲の一端部に優先的にペーストが到達・付着するため、形成される膜の厚みは、塗工範囲の一端部寄りの部位で大きくなり、中央部側の部位で小さくなる。
【００１６】
さらに、本発明に係るリチウムイオン二次電池の電極塗工装置は、塗工範囲の他端部寄りの位置に配置されたノズル口から、ペーストを吐出する第２の吐出を行う。この場合、電極基材は、その塗工範囲の他端部寄りの部位でノズル口との距離が最も小さくなり、電界強度も最大となる。
【００１７】
また、第２の吐出では、塗工範囲の他端部寄りの位置に配置されたノズル口から、塗工範囲の中央部側に向けてペーストを吐出する。すなわち、ペーストは塗工範囲に対し傾斜する方向に吐出される。よって、ノズル口から吐出されたペーストが飛散する範囲である飛散範囲においては、塗工範囲の他端部寄りである飛散範囲の他端部で最も大きなクーロン力（電極基材側への引力）がペーストに作用するため、ペーストは塗工範囲の他端部に強く指向する。したがって、第２の吐出では、塗工範囲の他端部に優先的にペーストが到達・付着するため、形成される膜の厚みは、塗工範囲の他端部寄りの部位で大きくなり、中央部側の部位で小さくなる。
【００１８】
したがって、本発明に係るリチウムイオン二次電池の電極塗工装置によれば、以上のような第１の吐出と第２の吐出とを一つの電極基材の塗工範囲に対し行い、それぞれの吐出によって形成される膜を電極基材の塗工範囲にわたって重畳させることで、一端部と多端部において十分な厚みを有する薄膜を形成することができる。これにより、端部においても厚みが均一な薄膜を形成することが可能となる。
【００１９】
また本発明に係るリチウムイオン二次電池の電極塗工装置では、前記塗工範囲の前記一端部と前記他端部とは、前記塗工範囲の中央部を挟んで対向する部位であることも好ましい。
【００２０】
この好ましい態様では、塗工範囲の一端部寄りの位置に配置されたノズル口から、中央部側に向けてペーストを吐出する第１の吐出では、ペーストが塗工範囲の他端部まで到達し難いため、形成される膜の他端部寄りの部位では厚みが小さくなり易い。逆に、塗工範囲の他端部寄りの位置に配置されたノズル口から、中央部側に向けてペーストを吐出する第２の吐出では、ペーストが塗工範囲の一端部まで到達し難いため、形成される膜の一端部寄りの部位では厚みが小さくなり易い。
【００２１】
したがって、一つの電極基材の塗工範囲に対し第１の吐出と第２の吐出とを行うことで、それぞれの吐出のみではペーストが到達し難い塗工範囲の他端部と一端部に、相互に補うようにペーストを到達・付着させることが可能となり、端部においても厚みが均一な薄膜をさらに確実に形成することが可能となる。
【００２２】
また本発明に係るリチウムイオン二次電池の電極塗工装置では、前記ノズルは、前記電極基材に対して相対的に移動することで前記塗工範囲の前記一端部寄りの第１の位置と前記塗工範囲の前記他端部寄りの第２の位置とに前記ノズル口を配置可能となるように構成され、且つ、前記第１の位置及び前記第２の位置において前記ノズル口の向きを前記塗工範囲の中央部側に向けるように構成されることも好ましい。
【００２３】
仮に、第１の吐出と第２の吐出とを、それぞれに専用の別個のノズルを用いて行うと、製造時の個体間のバラつきや、使用に伴う劣化により各専用ノズルの性能が異なるものとなった場合に、塗工範囲の一端部と多端部とでペーストの到達・付着度合も異なり、薄膜の厚みを均一にすることが困難になる。
【００２４】
そこで、この好ましい態様によれば、ノズルは、電極基材に対して相対的に移動することで塗工範囲の一端部寄りの第１の位置と塗工範囲の他端部寄りの第２の位置とにノズル口を配置可能となるように構成され、且つ、第１の位置及び第２の位置においてノズル口の向きを塗工範囲の中央部側に向けるように構成されるため、単一のノズルによって第１の吐出と第２の吐出とを行うことが可能になる。したがって、製造時の個体間のバラつき等の影響を受けることなく、同一性能のノズルによって第１の吐出と第２の吐出とを行い、端部においても厚みが均一な薄膜をさらに確実に形成することが可能となる。
【００２５】
また本発明に係るリチウムイオン二次電池の電極塗工装置では、前記塗工範囲の端部の近傍に配置されて前記塗工範囲外の前記電極基材を覆うとともに、電位を有する帯電マスクを備えることも好ましい。
【００２６】
この好ましい態様では、塗工範囲外の部位を帯電マスクで覆うことにより、当該部位へのペーストの到達・付着を抑制できるばかりでなく、帯電マスクが有する電位によってペーストに作用するクーロン力を調整し、ペーストの挙動を制御することが可能となる。これにより、端部においても厚みが均一な薄膜をさらに確実に形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、エレクトロスプレーデポジション法を用いて電極基材の表面に形成する薄膜の厚みを、その端部においても均一とすることが可能なリチウムイオン二次電池の電極塗工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る電極塗工装置の概略を表す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電極塗工装置において第１の吐出を行っている状態を表す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電極塗工装置において第２の吐出を行っている状態を表す模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電極塗工装置において帯電マスクを用いた状態を表す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係る電極塗工装置を用いた試験において、影響度の解析を行った各因子を表す模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る電極塗工装置を用いた試験における各因子の水準を表す表である。
【図７】本発明の実施形態に係る電極塗工装置を用いた試験によって得られた各因子の影響度の解析結果を表すグラフである。
【図８】本発明の実施形態に係る電極塗工装置及びその他の電極塗工装置をそれぞれ使用して製造した電極の端部の断面形状を表すグラフである。
【図９】本発明の他の実施形態に係る電極塗工装置において第１及び第２の吐出を行っている状態を表す模式図である。
【図１０】従来の電極塗工装置において吐出を行っている状態を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３０】
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る電極塗工装置の概略を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電極塗工装置の概略を表す模式図である。
【００３１】
図１に表すように、本発明の実施形態に係るエレクトロスプレーデポジション法（ＥＳＤ法）を用いた電極塗工装置ＰＣＭ１は、ノズル１０及び高圧電源３０を有している。
【００３２】
ノズル１０は、細いガラスキャピラリであり、電極基材となるアルミ箔２０の上方に所定間隔を置いて配置される。後述するように、電極塗工装置ＰＣＭ１は、このノズル１０とアルミ箔２０との相対位置を変更できるように構成されている。アルミ箔２０の表面２１と対向するノズル１０の下端には、ノズル１０の内部と連通するノズル口１１が開設されている。ノズル口１１から斜め上方に延びるノズル１０の内部には、ペーストＰが収容されている。ペーストＰは、Ｎ−メチル２ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶媒に、バインダ機能を有するポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）や、活物質であるコバルト酸リチウムやマンガン酸リチウムを含有させた液状物質である。
【００３３】
高圧電源３０は、ノズル１０の内部のペーストＰと、アルミ箔２０とに電圧を印加する。詳細には、ノズル１０の内部に配置される電極（図示せず）に電圧を印加するとともに、その電圧とは逆極性の電圧をアルミ箔２０に印加する。印加される電圧は、数千〜数万ボルトに達する。本実施形態では、単一の高圧電源３０によって電圧印加を行うが、ノズル１０内部の電極とアルミ箔２０のそれぞれに独立して電圧印加を行う電源を複数用意してもよい。
【００３４】
このように構成された電極塗工装置ＰＣＭ１において、高圧電源３０がノズル１０内部の電極とアルミ箔２０とに電圧印加を開始すると、ノズル１０内部のペーストＰが帯電し、電荷同士の反発が生じる。この反発により、ノズル口１１の表面に電極と同極性の電荷を持つイオンが集まり、電荷集中の効果によって強力な電界が発生する。
【００３５】
ノズル口１１では、ペーストＰの表面に蓄積された電荷と電界との相互作用により、Taylor Coneと呼ばれる円錐形状のメニスカスＰＴが形成される。そして、電荷同士の反発がペーストＰの表面張力を上回ると、ペーストＰの一部がメニスカスＰＴから飛び出し、液滴ＰＰ１となって吐出される。
【００３６】
吐出された液滴ＰＰ１は強く帯電していることから、電界においてクーロン力が作用し、アルミ箔２０側に引き寄せられるように飛散する。そして、液滴ＰＰ１内部の電荷同士の反発により、液滴ＰＰ１はアルミ箔２０に向かいながら分裂を繰り返し、さらに細かい液滴ＰＰ２、ＰＰ３となる（クーロン爆発）。
【００３７】
液滴ＰＰ３はサイズが非常に小さく、ノズル口１１からアルミ箔２０の表面２１まで飛散する短時間のうちにペーストＰの溶媒の多くが蒸発乾燥するため、ナノスケールの粒子となる。このナノスケールの液滴ＰＰ３が、アルミ箔２０の表面２１に到達・付着することにより、表面２１に微細構造体の薄膜を形成することができる。
【００３８】
次に、図２及び図３を参照して、電極塗工装置ＰＣＭ１による薄膜の形成について詳細に説明する。図２は、本発明の実施形態に係る電極塗工装置において第１の吐出を行っている状態を表す模式図であり、図３は、本発明の実施形態に係る電極塗工装置において第２の吐出を行っている状態を表す模式図である。
【００３９】
図２に表すように、電極塗工装置ＰＣＭ１は、アルミ箔２０の表面２１において、一端部Ｃ１ａから中央部Ｃ１ｂを介して他端部Ｃ１ｃまでわたる塗工範囲Ｃ１にペーストＰを吐出詩、薄膜の形成を行う。一端部Ｃ１ａと他端部Ｃ１ｃは、中央部Ｃ１ｂを挟んで対向する部位である。
【００４０】
（第１の吐出）
電極塗工装置ＰＣＭ１は、まず、アルミ箔２０と所定間隔を空けた上方であって、且つ、塗工範囲Ｃ１の一端部Ｃ１ａ寄りの位置であるノズル位置ＮＰ１にノズル口１１を配置する。そして、ノズル口１１の向きを、塗工範囲Ｃ１の中央部Ｃ１ｂ側に向ける。
【００４１】
このようにノズル口１１が配置された状態において、高圧電源３０（図２では図示せず）によりノズル１０内部の電極とアルミ箔２０とに電圧印加を開始すると、ノズル１０内部のペーストＰが帯電する。この場合、アルミ箔２０の塗工範囲Ｃ１では、ノズル口１１に近い部位である一端部Ｃ１ａでノズル口１１との距離が最も小さくなるため、電界強度も最大となる。一方、一端部Ｃ１ａ側から、対向する他端部Ｃ１ｃに向かうにつれて、ノズル口１１との距離が大きくなるため、それに伴い電界強度は小さくなる。
【００４２】
ノズル口１１において、電荷同士の反発がペーストＰの表面張力を上回ると、矢印Ａ１の方向へペーストＰの吐出が行われる。ノズル口１１から吐出されたペーストＰが飛散する範囲である飛散範囲Ｓ１は、ノズル口１１を頂点とした略円錐形状を呈する。
【００４３】
この飛散範囲Ｓ１内における電界強度は、ノズル口１１とアルミ箔２０との距離が最も小さい経路上にある一端部Ｓ１ａで最大となり、両者の距離が比較的大きい経路上にある中央部Ｓ１ｂ、他端部Ｓ１ｃで比較的小さくなる。このため、飛散範囲Ｓ１内のペーストＰに作用するクーロン力の大きさは、一端部Ｓ１ａにおいて最大となり、中央部Ｓ１ｂ、他端部Ｓ１ｃでは比較的小さくなる。
【００４４】
以上のように、飛散範囲Ｓ１内においては、その一端部Ｓ１ａ、中央部Ｓ１ｂ、他端部Ｓ１ｃとで、ペーストＰに作用するクーロン力に差異が生じる。このため、ノズル口１１から吐出されたペーストＰは、最も大きなクーロン力が作用する飛散範囲Ｓ１の一端部Ｓ１ａ側に強く指向する一方、作用するクーロン力が小さい中央部Ｓ１ｂ、他端部Ｓ１ｃには、ペーストＰが指向し難くなる。これにより、飛散範囲Ｓ１が呈する略円錐形状は、同円錐の底面に相当する塗工範囲Ｃ１側から、頂点に相当するノズル口１１側に向けて、傾斜するような形状となる。
【００４５】
ノズル口１１から吐出されたペーストＰは、飛散範囲Ｓ１の一端部Ｓ１ａ側に強く指向するため、その先にある塗工範囲Ｃ１の一端部Ｃ１ａに到達・付着し易い。このため、この第１の吐出により塗工範囲Ｃ１に形成される薄膜４０の厚みは、塗工範囲Ｃ１の一端部Ｃ１ａ寄りの位置である薄膜一端部４０ａにおいて大きくなり、薄膜中央部４０ｂ、薄膜他端部４０ｃにかけて漸次小さくなる。
【００４６】
（第２の吐出）
上記第１の吐出を終えると、電極塗工装置ＰＣＭ１は、図３に表すように、アルミ箔２０と所定間隔を空けた上方であって、且つ、塗工範囲Ｃ１の他端部Ｃ１ｃ寄りの位置であるノズル位置ＮＰ２にノズル口１１を配置する。このノズル位置ＮＰ２へのノズル口１１の配置は、ノズル１０を移動させることで行ってもよいし、ノズル１０を移動させることなく、アルミ箔２０を載置したテーブル（図示せず）等を回転させることで行ってもよい。すなわち、アルミ箔２０に対しノズルを相対的に移動させることができれば、いかなる構成も採用することができる。そして、ノズル位置ＮＰ２に配置されたノズル口１１の向きを、塗工範囲Ｃ１の中央部Ｃ１ｂ側に向ける。
【００４７】
このようにノズル口１１が配置された状態において、高圧電源３０（図２では図示せず）によりノズル１０内部の電極とアルミ箔２０とに電圧印加を開始すると、ノズル１０内部のペーストＰが帯電する。この場合、アルミ箔２０の塗工範囲Ｃ１では、ノズル口１１に近い部位である他端部Ｃ１ｃでノズル口１１との距離が最も小さくなるため、電界強度も最大となる。一方、他端部Ｃ１ｃ側から、対向する一端部Ｃ１ａに向かうにつれて、ノズル口１１との距離が大きくなるため、それに伴い電界強度は小さくなる。
【００４８】
上記のように、第２の吐出の場合では、塗工範囲Ｃ１の一端部Ｃ１ａ側と他端部Ｃ１ｃ側とで、発生する電界強度の傾向が第１の吐出の場合と逆になる。したがって、ノズル口１１から矢印Ａ２の方向へ吐出されたペーストＰの飛散範囲Ｓ２内において、電界強度は、ノズル口１１とアルミ箔２０との距離が最も小さい経路上にある他端部Ｓ２ｃで最大となり、両者の距離が比較的大きい経路上にある中央部Ｓ２ｂ、一端部Ｓ２ａで比較的小さくなる。
【００４９】
このため、ノズル口１１から吐出されたペーストＰは、クーロン力の作用によって飛散範囲Ｓ２の他端部Ｓ２ｃ側に強く指向し、その先にある塗工範囲Ｃ１の他端部Ｃ１ｃに到達・付着し易い。したがって、この第２の吐出により塗工範囲Ｃ１に形成される薄膜５０の厚みは、塗工範囲Ｃ１の他端部Ｃ１ｃ寄りの位置である薄膜他端部５０ｃにおいて大きくなり、薄膜中央部５０ｂ、薄膜一端部５０ａにかけて漸次小さくなる。
【００５０】
したがって、第１の吐出では、塗工範囲Ｃ１の他端部Ｃ１ｃにペーストＰが到達・付着し難く、形成される薄膜４０の薄膜他端部４０ｃの厚みが小さくなっていたところ、この第２の吐出を行うことにより、他端部Ｃ１ｃに優先的にペーストＰを到達・付着させることができる。すなわち、一つのアルミ箔２０の塗工範囲Ｃ１に対し第１の吐出と第２の吐出とを行うことで、それぞれの吐出のみではペーストＰが到達し難い塗工範囲Ｃ１の他端部Ｃ１ｃと一端部Ｃ１ａに、相互に補うようにペーストＰを到達・付着させることが可能となり、端部においても厚みが均一な薄膜４２を形成することが可能となる。
【００５１】
次に、図４を参照して、他の実施形態に係る電極塗工装置について説明する。図４は、本発明の実施形態に係る電極塗工装置において帯電マスクを用いた状態を表す模式図である。ここでは、上記実施形態と異なる点のみを説明する。
【００５２】
図４に表すように、この電極塗工装置ＰＣＭ２は、塗工範囲Ｃ１外であって、且つ、アルミ箔２０の表面２１の一部である一端部側表面２１ａと他端部側表面２１ｃのそれぞれを覆うようにして、帯電マスク６１、６２を備えている。
【００５３】
帯電マスク６１、６２は、アルミやＳＵＳ等の電気伝導性の高い材料によって形成されており、アルミ箔２０の表面２１に対し所定角度をもって傾斜する傾斜面６１ｓ、６２ｓをそれぞれ有している。これら帯電マスク６１、６２は、配線によって電源（図示せず）と電気的に接続されることで、ノズル１０のノズル口１１から吐出されるペーストＰと同極性の電位を与えられる。
【００５４】
これにより、ノズル口１１から吐出されたペーストＰが、帯電マスク６１、６２によって覆われたアルミ箔２０の一端部側表面２１ａと他端部側表面２１ｃに到達・付着することが抑制される。また、傾斜面６１ｓ、６２ｓの傾斜角度や、帯電マスク６１、６２の電位を制御することにより、塗工範囲Ｃ１の一端部Ｃ１ａ及び他端部Ｃ１ｃにおけるクーロン力ベクトルを制御し、一端部Ｃ１ａ及び他端部Ｃ１ｃにペーストＰを確実に到達・付着するよう制御することが可能となる。これにより、端部においても厚みが均一な薄膜をさらに確実に形成することが可能となる。
【００５５】
次に、図５〜図８を参照して、電極塗工装置ＰＣＭ２を用いて行った薄膜形成試験の内容とその結果について説明する。図５は、本発明の実施形態に係る電極塗工装置を用いた試験において、影響度の解析を行った各因子を表す模式図であり、図６は、本発明の実施形態に係る電極塗工装置を用いた試験における各因子の水準を表す表であり、図７は、本発明の実施形態に係る電極塗工装置を用いた試験によって得られた各因子の影響度の解析結果を表すグラフであり、図８は、本発明の実施形態に係る電極塗工装置及びその他の電極塗工装置をそれぞれ使用して製造した電極の端部の断面形状を表すグラフである。
【００５６】
本発明者らは、薄膜の端部においても厚みの均一化を図る上で、電極塗工装置ＰＣＭ２の構成中の各因子の影響度を確認するため、種々の試験を行った。詳細には、図５に表すように、ノズル１０の水平面からの傾斜角度θ１と、帯電マスク６１の電位Ｖと、アルミ箔２０の表面２１からノズル口１１までの高さｈ５と、帯電マスク６１の傾斜面６１ｓの水平面からの傾斜角度θ２と、アルミ箔２０の表面２１から帯電マスク６１の下端までの高さｈ３と、帯電マスク６１の幅Ｗ１と、ノズル１０が複数設けられた場合のノズル間距離ｄＸの各因子に複数の水準を与え、アルミ箔２０の表面２１に薄膜を形成する試験を行った。
【００５７】
上記因子のうち、ノズル１０の水平面からの傾斜角度θ１、帯電マスク６１の電位Ｖ、帯電マスク６１の傾斜面６１ｓの水平面からの傾斜角度θ２の各因子については、図６に表すような３水準を与えるとともに、他の因子も含めＬ２７直交表に割り当てることで試験条件を決定した。
【００５８】
ノズル１０のノズル口１１から吐出するペーストは、溶媒であるＮ−メチル２ピロリドン（ＮＭＰ）に、バインダとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を、活物質としてコバルト酸リチウムを、導電助剤としてアセチレンブラック（ＡＢ）を含有させたものとしている。当該ペーストを、各試験条件に設定された電極塗工装置ＰＣＭ２によってアルミ箔２０の表面２１上に吐出し、乾燥厚さ４０μｍを目標値として薄膜を形成した。そして、その薄膜の端部において、乾燥厚さが上記目標値に達しなかった部分の幅を特性値として評価を行った。
【００５９】
上記試験の結果に統計処理を施し、得られた各因子の影響度を図７に表す。ノズル１０の水平面からの傾斜角度θ１の影響度が極端に大きく、これに帯電マスク６１の電位Ｖ、アルミ箔２０の表面２１からノズル口１１までの高さｈ５の各影響度が続く結果となった。この結果からも、塗工範囲の一端部寄り又は他端部寄りの位置に配置されるノズル口から、塗工範囲の中央部側に向けてペーストを吐出する（すなわち、アルミ箔２０の表面２１に対し傾斜させてペーストを吐出する）という本願発明の技術アプローチが、薄膜端部における厚みの均一化を図るという目的を達成する上で、効率が高いものであることがわかる。また、帯電マスク６１を使用することの有意性を確認することができた。
【００６０】
従来の電極塗工装置と、本発明に係る電極塗工装置のそれぞれによって形成された薄膜の断面形状の比較を図８に表す。図８では、形成された薄膜の端部を基点とし、その基点から薄膜の中央部に向けての薄膜の厚みの変化を表している。すなわち、薄膜の端部からの距離を横軸とし、目標値である乾燥厚さ４０μｍに対する実際の厚さの割合を縦軸として、各電極塗工装置によって形成された薄膜の実測値をプロットしている。図８のプロットのうち、従来の電極塗工装置に相当する「従来品」は、ノズル１０の水平面からの傾斜角度θ１を９０°とし、帯電マスク６１を用いない条件での結果を表す。また、本発明に係る電極塗工装置に相当するプロット「本発明品１」「本発明品２」のうち、「本発明品１」は、ノズル１０の水平面からの傾斜角度θ１を４５°とし、帯電マスク６１を用いない条件での結果を表し、「本発明品１」は、ノズル１０の水平面からの傾斜角度θ１を６０°とし、帯電マスク６１を用いた条件での結果を表す。
【００６１】
図８に表すように、従来の電極塗工装置により形成した薄膜では、厚さが目標値に達しない部分が薄膜端部から９．８ｍｍにわたって形成された。一方、本発明に係る電極塗工装置による薄膜では、これが６．５ｍｍ（本発明品１）、５．５ｍｍ（本発明品２）と改善されている様子が判る。したがって、本発明に係る電極塗工装置により薄膜を形成することにより、薄膜のうち電極として有効に機能する部分の面積（有効面積）を増加させ、性能向上を図ることが可能となる。
【００６２】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【００６３】
例えば、上記の本発明の実施形態に係る電極塗工装置ＰＣＭ１、ＰＣＭ２では、第１の吐出及び第２の吐出を単一のノズル１０により行うものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、図９に表す本発明の他の実施形態に係る電極塗工装置ＰＣＭ３のように、第１の吐出及び第２の吐出を、それぞれに専用の別個のノズル１０ａ、１０ｃを用いて行ってもよい。この場合、ノズル１０ａのノズル口１１ａ、及びノズル１０ｃのノズル口１１ｃから吐出されるペーストの飛散範囲Ｓ４、Ｓ５は、アルミ箔２０の塗工範囲Ｃ１上で一部重合する。ノズル１０ａ、１０ｃにより、第１の吐出及び第２の吐出を同時に又は順に行うことで、塗工範囲Ｃ１において薄膜４４、４６を重畳させ、端部においても厚みが均一な薄膜を形成することが可能となる。
【符号の説明】
【００６４】
１０、１０ａ、１０ｂ：ノズル
１１、１１ａ、１１ｂ：ノズル口
２０  ：アルミ箔（電極基材）
３０  ：高圧電源（電圧印加手段）
４０、４２、４４、４６、５０：薄膜
６１、６２：帯電マスク
Ｃ１  ：塗工範囲
Ｃ１ａ：（塗工範囲の）一端部
Ｃ１ｂ：（塗工範囲の）中央部
Ｃ１ｃ：（塗工範囲の）他端部
Ｐ    ：ペースト
ＮＰ１：第１の位置
ＮＰ２：第２の位置
ＰＣＭ１、ＰＣＭ２、ＰＣＭ３：電極塗工装置
【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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