(57)【要約】【課題】シート状の集電体の両面に活物質層が形成された構造の電池用電極を、安定的に製造することのできる技術を提供する。【解決手段】集電体として機能するシート体Ｓと、シート体Ｓの第１主面Ｓ１に沿って延設された複数の第１帯状部位Ｐ１１を有し、複数の第１帯状部位Ｐ１１が互いに離隔配置された第１活物質層Ｐ１と、シート体Ｓの第１主面Ｓ１と反対の第２主面Ｓ２に沿って長手方向に延設された複数の第２帯状部位Ｐ２１を有し、複数の第２帯状部位Ｐ２１が互いに離隔配置された第２活物質層Ｐ２とを備える電池用電極を製造する。シート体Ｓのうち、第１主面Ｓ１側が第１帯状部位Ｐ１１間の間隙Ｇ１となっている部位では、第２帯状部位Ｐ２１が第２主面Ｓ２を覆う一方、第２主面Ｓ２側が第２帯状部位Ｐ２１間の間隙Ｇ２となっている部位では、第１帯状部位Ｐ１１が第１主面Ｓ１を覆うようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体として機能するシート体を所定の方向に搬送し、複数の第１吐出口が前記シート体の搬送方向に直交する前記シート体の幅方向に沿って配された第１ノズルを前記シート体の第１主面に対向させるとともに、複数の第２吐出口が前記幅方向に沿って配された第２ノズルを前記シート体の前記第１主面と反対の第２主面に対向させる配置工程と、
前記第１ノズルの前記第１吐出口の各々から活物質材料を含む第１塗布液を吐出させて、前記第１主面に前記搬送方向に沿った第１帯状部位を複数有する第１活物質層を形成する第１塗布工程と、
前記第２ノズルの前記第２吐出口の各々から活物質材料を含む第２塗布液を吐出させて、前記第２主面に前記搬送方向に沿った第２帯状部位を複数有する第２活物質層を形成する第２塗布工程と
を備え、
前記第１塗布工程では、前記シート体のうち、前記第２主面側が前記第２帯状部位間の間隙に相当する部位の前記第１主面を、前記第１帯状部位により覆う一方、
前記第２塗布工程では、前記シート体のうち、前記第１主面側が前記第１帯状部位間の間隙に相当する部位の前記第２主面を、前記第２帯状部位により覆う
ことを特徴とする電池用電極の製造方法。
【請求項２】
前記シート体を挟んで前記第１ノズルと前記第２ノズルとを対向配置し、前記第１塗布工程と前記第２塗布工程とを同時に実行する請求項１に記載の電池用電極の製造方法。
【請求項３】
複数の前記第１帯状部材それぞれの幅が、前記第２主面における前記第２帯状部位間の最大間隔よりも大きく、複数の前記第２帯状部材それぞれの幅が、前記第１主面における前記第１帯状部位間の最大間隔よりも大きい請求項１または２に記載の電池用電極の製造方法。
【請求項４】
前記第１活物質層および前記第２活物質層が形成された前記シート体を、前記搬送方向に直交する軸周りに巻回する工程を備える請求項１ないし３のいずれかに記載の電池用電極の製造方法。
【請求項５】
集電体となるシート体を搬送する搬送手段と、
活物質材料を含む第１塗布液を吐出する複数の第１吐出口が列状に設けられ、前記第１吐出口の配列方向を前記搬送手段により搬送される前記シート体の搬送方向と直交させて、かつ複数の前記第１吐出口の各々を前記シート体の第１主面に対向させて配置される第１ノズルと、
活物質材料を含む第２塗布液を吐出する複数の第２吐出口が列状に設けられ、前記第２吐出口の配列方向を前記第１吐出口の配列方向と平行に、かつ複数の前記第２吐出口の各々を前記シート体の前記第１主面と反対の第２主面に対向させて配置される第２ノズルと
を備え、
前記搬送方向に直交する仮想平面に前記第１吐出口および前記第２吐出口を投影したとき、該投影面の前記配列方向に平行な方向において、
互いに隣接する２つの前記第１吐出口に挟まれる間隙部に対応する領域の範囲が、一の前記第２吐出口の開口範囲に含まれ、互いに隣接する２つの前記第２吐出口に挟まれる間隙部に対応する領域の範囲が、一の前記第１吐出口の開口範囲に含まれる
ことを特徴とする電池用電極の製造装置。
【請求項６】
前記第１吐出口および前記第２吐出口の前記搬送方向における位置が同じである請求項５に記載の電池用電極の製造装置。
【請求項７】
前記第１ノズルと前記第２ノズルとが同一形状である請求項５または６に記載の電池用電極の製造装置。
【請求項８】
前記搬送手段は、前記第１塗布液および前記第２塗布液を塗布された前記シート体をロール状に巻き取る巻取部を備える請求項５ないし７のいずれかに記載の電池用電極の製造装置。
【請求項９】
長尺シート状の集電体の両面に活物質層が形成された構造を有する電極用構造物であって、
前記集電体として機能するシート体と、
前記シート体の第１主面に沿って前記シート体の長手方向に延設された複数の第１帯状部位を有し、前記複数の第１帯状部位が前記長手方向と直交する方向に互いに離隔配置された第１活物質層と、
前記シート体の前記第１主面と反対の第２主面に沿って前記長手方向に延設された複数の第２帯状部位を有し、前記複数の第２帯状部位が前記長手方向と直交する方向に互いに離隔配置された第２活物質層と
を備え、
前記シート体のうち、前記第１主面側が前記第１帯状部位間の間隙となっている部位では、前記第２帯状部位が前記第２主面を覆う一方、前記第２主面側が前記第２帯状部位間の間隙となっている部位では、前記第１帯状部位が前記第１主面を覆い、しかも、
前記長手方向と直交する巻回軸周りにロール状に巻回された形状を有する
ことを特徴とする電極用構造物。
【請求項１０】
複数の前記第１帯状部材それぞれの幅が、前記第２主面における前記第２帯状部位間の最大間隔よりも大きく、複数の前記第２帯状部材それぞれの幅が、前記第１主面における前記第１帯状部位間の最大間隔よりも大きい請求項９に記載の電極用構造物。
【請求項１１】
前記シート体はリチウムイオン二次電池の集電体として機能する材料により形成される一方、前記第１活物質層および前記第２活物質層はリチウムイオン二次電池の活物質として機能する材料により形成される請求項９または１０に記載の電極用構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シート状の集電体の両面に活物質層が形成された構造を有する電池用電極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】
例えばリチウムイオン二次電池などの化学電池に用いられる電極を製造する技術として、本願出願人は先に、ノズルスキャン方式の塗布技術により、集電体の表面に活物質材料を含む塗布液をストライプ状に塗布する技術を開示した（例えば、特許文献１参照）。この技術では、多数の吐出口が設けられたノズルを集電体に対向配置し、各吐出口から塗布液を吐出しながら集電体とノズルとを相対移動させることで、ストライプ状の活物質パターンを集電体の表面に形成する。このような製造技術によれば、種々の断面形状および寸法を有する活物質パターンを、制御性よく形成することが可能である。また、このようにして形成される構造は使用活物質量に対する表面積を大きく取ることができるので、充放電特性の良好な電極を構成することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−０７０７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような電池用電極をより高容量化するために、また大規模な工業生産を可能とするために、上記従来技術には改良の余地が残されている。例えば、電極を高容量化するためには集電体の両面に活物質層を形成することが考えられる。また、電極を工業的に生産するためには大面積の集電体シートに活物質層を形成することが必要であり、そのような大面積シートの取り扱いについて配慮が必要となる。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、これらの態様の電極を製造するための具体的な技術については記載されていない。そのため、高容量の電池用電極を安定的に生産することのできる技術の確立が望まれている。
【０００５】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、シート状の集電体の両面に活物質層が形成された構造の電池用電極を、安定的に製造することのできる技術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】
この発明の一の態様は、上記目的を達成するため、集電体として機能するシート体を所定の方向に搬送し、複数の第１吐出口が前記シート体の搬送方向に直交する前記シート体の幅方向に沿って配された第１ノズルを前記シート体の第１主面に対向させるとともに、複数の第２吐出口が前記幅方向に沿って配された第２ノズルを前記シート体の前記第１主面と反対の第２主面に対向させる配置工程と、前記第１ノズルの前記第１吐出口の各々から活物質材料を含む第１塗布液を吐出させて、前記第１主面に前記搬送方向に沿った第１帯状部位を複数有する第１活物質層を形成する第１塗布工程と、前記第２ノズルの前記第２吐出口の各々から活物質材料を含む第２塗布液を吐出させて、前記第２主面に前記搬送方向に沿った第２帯状部位を複数有する第２活物質層を形成する第２塗布工程とを備え、前記第１塗布工程では、前記シート体のうち、前記第２主面側が前記第２帯状部位間の間隙に相当する部位の前記第１主面を、前記第１帯状部位により覆う一方、前記第２塗布工程では、前記シート体のうち、前記第１主面側が前記第１帯状部位間の間隙に相当する部位の前記第２主面を、前記第２帯状部位により覆う電池用電極の製造方法である。
【０００７】
このように構成された発明では、シート体の両面に活物質層が形成される。各面に形成される活物質層（第１活物質層、第２活物質層）は、それぞれシート搬送方向に沿って延びる複数の帯状部位（第１帯状部位、第２帯状部位）がシート体表面で互いに離隔して並べられた構造となっている。ここで、隣接配置された帯状部材の間ではシート体が露出しており、このような部位では、表面に帯状部材が形成された部位と比較して機械的な強度が小さくなっている。
【０００８】
そのため、例えばこのようなシート体が外力を受けた場合、シート体の露出部位に応力が集中して、この部分で電極の撓みや屈曲が生じやすい。このような外力の作用は、例えば、形成された電池用電極がロール状に巻回される際や、電池として完成するまでの加工プロセスにおいて生じ得る。特に、シート体の両面に活物質層が形成される場合、両面の同一位置に帯状部位が形成されていると、外力に対して強い部位と弱い部位との強度差が顕著となり、弱い部位で屈曲や破損が起こるおそれがある。
【０００９】
これに対し、本発明では、シート体の両主面のうち第１帯状部位の間隙に当たり第１主面側が露出する部位では、反対側の第２主面が第２帯状部位により覆われるように、また第２帯状部位の間隙に当たり第２主面側が露出する部位では、反対側の第１主面が第１帯状部位により覆われるように、活物質層を形成する。そのため、シート体の各部位は、少なくともいずれか一方の面に帯状部位が形成されている。そのため、シート体がその両面において露出することがなく、一方面でシート体表面が露出する部位では他方面の帯状部位により相補的に強度が確保されている。したがって、シート体への局所的な応力集中を回避することができ、製造過程での外力の作用に起因する屈曲や破損を防止して、電池用電極を安定的に製造することが可能である。
【００１０】
本発明は例えば、シート体を挟んで第１ノズルと第２ノズルとを対向配置し、第１塗布工程と第２塗布工程とを同時に実行する構成であってもよい。このような構成によれば、シート体の搬送方向における同一位置でシート体の両面に塗布が行われるので、製造のために必要なスペースを低減することができる。
【００１１】
また、本発明は例えば、複数の第１帯状部材それぞれの幅が、第２主面における第２帯状部位間の最大間隔よりも大きく、複数の第２帯状部材それぞれの幅が、第１主面における第１帯状部位間の最大間隔よりも大きくなるように構成されてもよい。このような構成によれば、例えば両面に活物質層が形成されたシート体が重ねられたときに、帯状部位が間隙部分に入り込むことで生じるシート体の撓みを防止することができる。
【００１２】
また、本発明は例えば、第１活物質層および第２活物質層が形成されたシート体を、搬送方向に直交する軸周りに巻回する工程を備えるように構成されてもよい。このような構成によれば、長尺のシート体を用いて大面積の電池用電極を連続的に製造することが可能となる。この場合でも、シート体を巻回する際に撓みや意図しない変形が防止されることで、品質の安定した電池用電極を製造することができる。
【００１３】
また、この発明の他の態様は、上記目的を達成するため、集電体となるシート体を搬送する搬送手段と、活物質材料を含む第１塗布液を吐出する複数の第１吐出口が列状に設けられ、前記第１吐出口の配列方向を前記搬送手段により搬送される前記シート体の搬送方向と直交させて、かつ複数の前記第１吐出口の各々を前記シート体の第１主面に対向させて配置される第１ノズルと、活物質材料を含む第２塗布液を吐出する複数の第２吐出口が列状に設けられ、前記第２吐出口の配列方向を前記第１吐出口の配列方向と平行に、かつ複数の前記第２吐出口の各々を前記シート体の前記第１主面と反対の第２主面に対向させて配置される第２ノズルとを備え、前記搬送方向に直交する仮想平面に前記第１吐出口および前記第２吐出口を投影したとき、該投影面の前記配列方向に平行な方向において、互いに隣接する２つの前記第１吐出口に挟まれる間隙部に対応する領域の範囲が、一の前記第２吐出口の開口範囲に含まれ、互いに隣接する２つの前記第２吐出口に挟まれる間隙部に対応する領域の範囲が、一の前記第１吐出口の開口範囲に含まれる電池用電極の製造装置である。
【００１４】
このように構成された発明では、第１ノズルに配列された複数の第１吐出口から吐出される第１塗布液により、シート体の第１主面にその搬送方向に沿った複数の帯状パターンが活物質材料により形成される一方、第２ノズルに配列された複数の第２吐出口から吐出される第２塗布液により、シート体の第２主面にその搬送方向に沿った複数の帯状パターンが活物質材料により形成される。シート体の第１主面のうち、隣接する第１吐出口の間の間隙部分に相当する領域では第１塗布液が塗布されず、第１主面が露出することになる。しかしながら、この領域に対応する第２主面側では第２ノズルの第２吐出口が配置されており、第２塗布液が塗布されて帯状パターンが形成される。第２吐出口の開口範囲が第１吐出口の間隙部よりも広いため、第１主面におけるパターン間の間隙よりも広い帯状パターンが第２主面側に形成される。第２主面側で間隙となる部分については、第１主面側で帯状パターンが形成される。このため、上記した製造方法の発明と同様に、シート体への局所的な応力集中に起因する屈曲や破損が防止された電池用電極を、安定的に製造することが可能である。
【００１５】
本発明は例えば、第１吐出口および第２吐出口の搬送方向における位置が同じであるように構成されてもよい。このような構成によれば、搬送方向における同一位置でシート体の両面に活物質層を形成することができるので、装置全体の小型化を図ることが可能となる。
【００１６】
また、本発明は例えば、第１ノズルと第２ノズルとが同一形状であるように構成されてもよい。このような構成によれば、２つのノズルを共通設計とすることができるので、装置コストの低減を図ることが可能となる。
【００１７】
また、本発明において例えば、搬送手段は、第１塗布液および第２塗布液を塗布されたシート体をロール状に巻き取る巻取部を備えるように構成されてもよい。前記したように、シート体が巻き取られる際に加わる力がシート体を撓ませたり屈曲させたりすることがあるが、本発明の構成によれば、シート体の両面に形成された活物質層によりシート体の変形を防止することが可能である。
【００１８】
また、この発明の他の態様は、長尺シート状の集電体の両面に活物質層が形成された構造を有する電極用構造物であって、前記集電体として機能するシート体と、前記シート体の第１主面に沿って前記シート体の長手方向に延設された複数の第１帯状部位を有し、前記複数の第１帯状部位が前記長手方向と直交する方向に互いに離隔配置された第１活物質層と、前記シート体の前記第１主面と反対の第２主面に沿って前記長手方向に延設された複数の第２帯状部位を有し、前記複数の第２帯状部位が前記長手方向と直交する方向に互いに離隔配置された第２活物質層とを備え、前記シート体のうち、前記第１主面側が前記第１帯状部位間の間隙となっている部位では、前記第２帯状部位が前記第２主面を覆う一方、前記第２主面側が前記第２帯状部位間の間隙となっている部位では、前記第１帯状部位が前記第１主面を覆い、しかも、前記長手方向と直交する巻回軸周りにロール状に巻回された形状を有する電極用構造物である。
【００１９】
このように構成された発明では、シート体の第１主面のうち隣接する第１帯状部位の間の間隙部位に対応して第２主面側に第２帯状部位が形成される一方、シート体の第２主面のうち隣接する第２帯状部位の間の間隙部位に対応して第１主面側に第１帯状部位が形成されている。すなわち、第１主面側で機械的強度の低下する部位では第２主面側に第２帯状部位が設けられて機械的強度が高められる一方、第２主面側で機械的強度の低下する部位では第１主面側に第１帯状部位が設けられて機械的強度が高められている。このようにシート体の両主面で相補的に機械的強度を確保することにより、電極用構造物として極端に強度の劣る部分が生じなくなる。したがって、これを巻回した状態でも、応力集中に起因するシート体の局所的な撓みや屈曲などの発生を効果的に防止することができる。
【００２０】
この電極用構造物は、所定のサイズに裁断されて電池用電極として機能するものであり、巻回によるシート体の変形が防止されているので、当該構造物を利用した電池用電極および電池を工業的に製造する際、シート体の変形に起因する性能の劣化を防止することができる。したがって、電池用電極および電池を安定的に製造することが可能となる。
【００２１】
本発明において、例えば、複数の第１帯状部材それぞれの幅が、第２主面における第２帯状部位間の最大間隔よりも大きく、複数の第２帯状部材それぞれの幅が、第１主面における第１帯状部位間の最大間隔よりも大きい構成とされてもよい。このような構成によれば、巻回されることで多層に重ねられる電極用構造物において、１つの層を構成する帯状部位が隣接する層の帯状部位間の間隙に入り込んでしまうことが防止される。これにより、シート体の変形をさらに効果的に防止することが可能となる。
【００２２】
さらに、本発明において例えば、シート体はリチウムイオン二次電池の集電体として機能する材料により形成される一方、第１活物質層および第２活物質層はリチウムイオン二次電池の活物質として機能する材料により形成されてもよい。すなわち、リチウムイオン二次電池の構成部品としての電池用電極を製造するに際して、本発明を好適に適用することが可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、シート状の集電体の両面に活物質層が形成された構造を有し、しかも、シート体の一方主面側で表面が露出する部位では他方主面側に形成された活物質層によって強度が維持された電池用電極を製造することができる。そのため、例えば後工程での巻回などの応力が作用する局面においてもシート体の局所的な変形を防止して、電池用電極の製造を安定的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明にかかる電池用電極製造装置の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】シートに塗布される塗布液を模式的に示す図である。
【図３】塗布ノズルの構成をより詳しく説明する図である。
【図４】電極用構造物の断面構造の例を示す図である。
【図５】活物質層の他の形状を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１はこの発明にかかる電池用電極製造装置の一実施形態の概略構成を示す図である。図１（ａ）に示す電池用電極製造装置（以下、「電極製造装置」と略称する）１は、例えばリチウムイオン二次電池の電極として用いられる電池用電極の製造プロセスの動作主体となる製造ユニット１０と、これを制御する制御ユニット２０とを備えている。電極製造装置１は、完成後の電池において集電体として機能する金属製のシートＳを基材として、その表面に活物質材料を塗布して活物質層を形成することで、集電体と活物質とが積層された電池用電極を製造するための装置である。なお、シートＳとしては単体の金属箔または薄板でもよいが、キャリアとしての例えば樹脂製シートに金属箔を貼り合わせたものや化学的に金属を析出させたものなどを好適に用いることができる。
【００２６】
以後の説明のために、図１に示すようにＸＹＺ座標軸を設定する。ここでＸＹ平面が水平面であり、Ｚ軸は鉛直軸と一致する。Ｚ軸における正方向は鉛直上向き方向である。
【００２７】
製造ユニット１０は、ロール状に巻回された活物質形成前のシートＳを保持するとともにシートＳを一定速度で送り出す供給ローラ１５と、活物質層が形成された後のシートＳを巻き取る巻き取りローラ１６とを備えている。シートＳはこれらのローラに掛け渡されており、ローラの回転に伴って矢印方向Ｄｔに一定速度で搬送される。図１の例では、供給ローラ１５および巻き取りローラ１６はそれぞれＸ軸と平行な回転軸を有しており、搬送駆動部１８からの駆動信号に応じてローラ１５，１６が回転することで、シートＳはＹ軸に平行な方向に搬送される。すなわち、この例ではシートＳの搬送方向ＤｔはＹ方向である。搬送駆動部１８は、制御ユニット２０に設けられた搬送制御部２３からの制御指令に応じてローラ１５，１６を駆動し、シートＳを搬送させる。
【００２８】
搬送方向Ｄｔに搬送されるシートＳの搬送経路に沿って、その上流側から順に、塗布ノズル１１および１２ならびに乾燥用ヒータ１３が配置されている。塗布ノズル１１はシートＳの上面Ｓ１側に設けられている。一方、もう１つの塗布ノズル１２がシートＳの下面Ｓ２側に設けられている。乾燥用ヒータ１３は、シートＳの上面側および下面側からシートＳを挟む１対のヒータを備えている。したがって、シートＳの上面Ｓ１上の１点に着目すると、当該点は供給ローラ１５から送り出されて塗布ノズル１１との対向位置および乾燥用ヒータ１３との対向位置を順番に通過することになる。また、シートＳの下面Ｓ２上の１点に着目すると、当該点は供給ローラ１５から送り出されて塗布ノズル１２との対向位置および乾燥用ヒータ１３との対向位置を順番に通過することになる。
【００２９】
塗布ノズル１１は、制御ユニット２０に設けられた送出制御部２１により制御される塗布液供給部１７から圧送される活物質を含むペースト状の塗布液の供給を受けて、該塗布液をシートＳの上面Ｓ１に塗布する。また、塗布ノズル１２は、塗布液供給部１７から圧送される活物質を含むペースト状の塗布液をシートＳの下面Ｓ２に塗布する。
【００３０】
塗布液供給部１７は、塗布液を貯留する貯留部と、送出制御部２１からの制御指令に応じて塗布ノズル１１，１２への塗布液の圧送およびその停止を司る例えばモーノポンプなどの送液部を含む。詳しくは後述するが、塗布ノズル１１の下面には塗布液を送出するための吐出口が設けられており、該吐出口から塗布液を連続的に送出可能となっている。また、シートＳ下面Ｓ２側で塗布ノズル１１に対応する位置には、塗布ノズル１２が設けられ、塗布ノズル１２の上面には塗布液を送出するための吐出口が設けられて、該吐出口から塗布液を連続的に送出可能となっている。
【００３１】
乾燥用ヒータ１３は、制御ユニット２０に設けられたヒータ制御部２２により所定の温度に制御される。乾燥用ヒータ１３は塗布ノズル１１，１２からシートＳ表面に塗布された塗布液を加熱してその乾燥固化を促進する。乾燥後のシートＳは巻き取りローラ１６により再びロール状に巻き取られる。
【００３２】
ここで、この製造プロセスに用いられる材料としては、例えば次のようなものが挙げられる。例えばリチウムイオン二次電池の正極電極を製造するプロセスでは、集電体となるシートＳとして例えばアルミニウム箔を用いることができる。また、この場合の活物質（正極活物質）としては例えばＬｉＣｏＯ２（ＬＣＯ）を主体とするもの、ＬｉＮｉＯ2またはＬｉＦｅＰＯ4、ＬｉＭｎＰＯ4、ＬｉＭｎ2Ｏ4、またＬｉＭｅＯ2（Ｍｅ＝ＭxＭyＭz；Ｍｅ、Ｍは遷移金属、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で代表的に示される化合物、例えばＬｉＮｉ1/3Ｍｎ1/3Ｃｏ1/3Ｏ2、ＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.15Ａｌ0.05Ｏ2などを用いることができる。
【００３３】
また例えば、リチウムイオン二次電池の負極電極を製造するプロセスでは、集電体となるシートＳとして例えば銅箔を用いることができる。また、この場合の活物質（負極活物質）としては例えばＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２（ＬＴＯ）を主体としたもの、またはＣ、ＳｉまたはＳｎなどを用いることができる。
【００３４】
活物質を含む塗布液としては、上記した活物質材料の他に、導電助剤としてのアセチレンブラックまたはケッチェンブラック、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、溶剤としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などを混合したものを用いることができる。
【００３５】
このような材料を混合してなる塗布液の組成比を変えることで、その粘度を適宜に調整することが可能である。本実施形態のように塗布ノズル１１，１２から連続的に送出されて構造体を形成するための塗布液としては、例えば粘度を１０Ｐａ・ｓないし１００００Ｐａ・ｓとしたペースト状のものが好適である。
【００３６】
なお、図１（ａ）の構成例では、シートＳの上面Ｓ１に対向して設けられる塗布ノズル１１と、シートＳの下面Ｓ２に対向して設けられる塗布ノズル１２とがシート搬送方向Ｄｔにおいて同一位置に設けられている。これに代えて、例えば図１（ｂ）に示すように、シート上面Ｓ１側の塗布ノズル１１およびシート下面Ｓ２側の塗布ノズル１２との配設位置がシート搬送方向Ｄｔにおいて異なっていてもよい。また、図１（ｃ）に示すように、シート上面Ｓ１側の塗布ノズル１１から塗布された塗布液を乾燥させるために乾燥ユニット１３ａが搬送方向Ｄｔにおける塗布ノズル１１の下流位置に設けられ、シート下面Ｓ２側の塗布ノズル１２から塗布された塗布液を乾燥させるための乾燥ユニット１３ｂが搬送方向Ｄｔにおける塗布ノズル１２の下流位置に設けられた構成であってもよい。
【００３７】
図２はシートに塗布される塗布液を模式的に示す図である。図２（ａ）に示すように、塗布ノズル１１はシート搬送方向Ｄｔと直交するシートＳの幅方向、つまりＸ方向を長手方向とする細長い形状を有している。塗布ノズル１１の下部にはスリット状の吐出口１１１がＸ方向に並べて複数設けられており、各吐出口１１１がシートＳの一方面（上面）Ｓ１に対向するように、塗布ノズル１１はシートＳに近接配置される。各吐出口１１１は同一形状を有しており、これらの吐出口１１１から、塗布液供給部１７より圧送される塗布液が押し出されてシート上面Ｓ１に塗布される。これにより、シート上面Ｓ１に活物質材料からなる複数本の帯状パターンＰ１１が形成される。
【００３８】
このようにして形成される各帯状パターンＰ１１は、シート搬送方向Ｄｔと等しいＹ方向を長手方向とする幅広の形状を有しており、その断面形状は互いに等しく、Ｘ方向に一定の間隔を隔ててシート上面Ｓ１に平行に並んでいる。乾燥ユニット１３により帯状パターンＰ１１が乾燥・固化されることで、シート上面Ｓ１に活物質層Ｐ１が形成される。
【００３９】
図示を省略しているが、上記と同様に、シート下面Ｓ２に対向して塗布ノズル１２が設けられており、塗布ノズル１２から吐出される塗布液により、シート下面Ｓ２にも活物質材料からなる帯状パターンが形成される。図２（ｂ）の断面図に示すように、シート下面Ｓ２に形成される活物質層Ｐ２を構成する帯状パターンＰ２１のＸ方向位置は、シート上面Ｓ１に形成される帯状パターンＰ１に対してその配列ピッチの半分だけＸ方向にシフトした位置となっている。
【００４０】
シートＳの上面Ｓ１と下面Ｓ２との間で、パターン幅Ｗｐおよびパターン間隔Ｄｐは同じである。また、パターン幅Ｗｐはパターン間隔Ｄｐよりも大きい。そのため、シート上面Ｓ１のうち隣接する２つの帯状パターンＰ１１に挟まれて表面が露出した間隙領域Ｇ１に対応するシート下面Ｓ２の領域は帯状パターンＰ２１により覆われている。同様に、シート下面Ｓ２のうち隣接する２つの帯状パターンＰ２１に挟まれて表面が露出した間隙領域Ｇ２に対応するシート上面Ｓ１の領域は帯状パターンＰ１１により覆われている。
【００４１】
Ｘ方向において、シート上面Ｓ１側の帯状パターンＰ１１は、シート下面Ｓ２側の間隙部位Ｇ２の両端部より外側まで延びている。同様に、シート下面Ｓ２側の帯状パターンＰ２１は、シート上面Ｓ１側の間隙部位Ｇ１の両端部より外側まで延びている。このため、Ｘ方向におけるシートＳの両端部Ｓａ，Ｓｂを除けば、シートＳの各部は、その上面Ｓ１および下面Ｓ２の少なくとも一方が活物質により覆われており、両面ともに露出した部分がない。
【００４２】
なお、図２（ｂ）に示す例ではシートＳの上面Ｓ１と下面Ｓ１と同数の帯状パターンが形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば図２（ｃ）に示すように、上下面でパターンの個数が異なっていてもよい。ただし、この場合でも、シート上面Ｓ１の間隙部位Ｇ１に相当するシート下面Ｓ２側部位は帯状パターンＰ２により覆われ、シート下面Ｓ２の間隙部位Ｇ２に相当するシート上面Ｓ１側部位は帯状パターンＰ１により覆われるようにする。
【００４３】
図３は塗布ノズルの構成をより詳しく説明する図である。図３（ａ）に示すように、シートＳの上面Ｓ１に対向配置された塗布ノズル１１の下部には、シート上面Ｓ１に向けて開口する複数の吐出口１１１が設けられている。一方、シートＳの下面Ｓ２に対向配置された塗布ノズル１２の上部には、シート下面Ｓ２に向けて開口する複数の吐出口１２１が設けられている。
【００４４】
シート搬送方向Ｄｔ（Ｙ方向）に直交するＸＺ平面に塗布ノズル１１，１２の吐出口１１１，１２１を投影した場合を考え、この投影面ＰＰを図３（ｂ）に示す。この投影面ＰＰのＸ方向においては、塗布ノズル１１の吐出口１１１間の間隙Ｇ１１の広がりの範囲は、対向する塗布ノズル１２の一の吐出口１２１の開口範囲に完全に含まれる。反対に、塗布ノズル１２の吐出口１２１間の間隙Ｇ１２の広がりの範囲は、対向する塗布ノズル１１の一の吐出口１１１の開口範囲に完全に含まれる。塗布ノズル１１，１２に設けられる吐出口１１１，１２１をこのような配置とすることで、図２（ｂ）に示した構造を形成することができる。この場合、塗布ノズル１１と塗布ノズル１２とを同一構造とすることができるので、装置コストの低減を図ることができる。
【００４５】
一方、図３（ｃ）に示すように、一方の塗布ノズル１２ｂの形状を異ならせることにより、図２（ｃ）に示した構造を形成することができる。この場合においても、一方の塗布ノズルの吐出口間の間隙が、他方の塗布ノズルの一の吐出口の開口範囲に含まれるようにする。
【００４６】
シート搬送方向Ｄｔにおける吐出口の位置関係は任意である。図１（ｂ）および図１（ｃ）に例示したように、シート搬送方向Ｄｔにおいて塗布ノズルの位置が異なる場合についても、シート搬送方向Ｄｔに直交する仮想平面（この例ではＸＺ平面）に両ノズルの吐出口を投影することで、その位置関係について上記と同様に考えることができる。
【００４７】
このように、この実施形態の電極製造装置１では、シートＳの両面に活物質層Ｐ１，Ｐ２を形成する。これにより、リチウムイオン二次電池に組み込まれて電極として機能する電極用構造物が形成される。電極用構造物は巻き取りローラ１６によりロール状に巻回され、電池の製造工程に供される。上記したように、この装置１により製造される電極用構造物は、一方面において帯状パターンの間隙に相当する部位が他方面において帯状パターンにより覆われるような構造を有している。このような構造とする理由について、次に説明する。
【００４８】
集電体として機能するシートの両面に活物質層が形成されることで、電極としての容量を大きくすることができる。この場合、両面に形成される活物質層の表面に凹凸を設けることで、平坦な活物質層よりも表面積を大きくして充放電特性を向上させることが可能である。図２（ｂ）、図２（ｃ）に示す複数の帯状パターンＰ１１，Ｐ２１からなる活物質層Ｐ１，Ｐ２も、このような特性を有する。
【００４９】
図４は電極用構造物の断面構造の例を示す図である。シートＳの両面に帯状パターンを形成するに際しては、例えば図４（ａ）に示すように、シートＳの両面において帯状パターンＰ３，Ｐ４を同一位置に形成することが考えられる。また、図４（ｂ）に示すように、シートＳ両面で互いに異なる位置に帯状パターンＰ５，Ｐ６を形成することも考えられる。図４（ｃ）は、図４（ｂ）において点線で囲まれた部分を拡大した図であり、シートＳのうち、シート上面Ｓ１側でパターンＰ５により覆われる部位と、シート下面Ｓ２側でパターンＰ６により覆われる部位との間に隙間がある。
【００５０】
これらの例では、両面に形成された帯状パターンの間に、シートＳが両面とも帯状パターンに覆われず露出した状態となっている箇所がある。このような露出箇所は、少なくとも一方の面に帯状パターンが形成された部位に比べると明らかに機械的強度が劣る。そのため、塗布後に巻き取りローラ１６に巻き取られる際、このような露出箇所に応力が集中して、シートＳの撓みや破損を生じるおそれがある。シートＳの撓みはその表面に形成された活物質層の損壊や剥離の原因となり、電極としての性能を低下させる。
【００５１】
図４（ｄ）に示すように、シートＳの一方面に形成されたパターンＰ７の端部と他方面に形成されたパターンＰ８の端部とが同一位置にある場合も、やはりこの部分で機械的強度が低下して撓みや破損を生じやすくなる。
【００５２】
この実施形態では、図４（ｅ）に示すように、シートＳの一方面（上面）Ｓ１に形成される帯状パターンＰ１１と、他方面（下面）Ｓ２に形成される帯状パターンＰ２１とがＸ方向において一部重なるような配置に形成される。そのため、シートＳは少なくとも一方の面に形成された帯状パターンによって補強されており、シートＳの両面が露出することが回避される。このように、一方面において帯状パターン間の間隙に相当する部位は他方面に形成された帯状パターンで相補的に補強されているため、形成される電極用構造物においては巻き取り時の撓みや破損が効果的に防止される。また、このような構造とすることで、電池として完成するまでの各工程においても、電極用構造物の破損を防止し、取り扱いを容易にすることができる。
【００５３】
図５は活物質層の他の形状を例示する断面図である。上記した電極用構造物ではシートＳの一方面Ｓ１に形成される複数の帯状パターンＰ１および他方面Ｓ２に形成される複数の帯状パターンＰ２の形状がいずれも同一である。しかしながら、帯状パターンの形状はこれに限定されず、図５の各例に示す構造であってもよい。なお、各例では帯状パターンの断面形状のみが示されているが、いずれのパターンも一定の断面形状を保ったまま図５紙面に垂直な方向に延びているものとする。
【００５４】
図５（ａ）に示す例では、シートＳの上面Ｓ１に比較的幅広の帯状パターンＰ１２と、より幅の狭い帯状パターンＰ１３とがＸ方向に交互に、かつ等間隔に配置される。一方、下面Ｓ２側では、帯状パターンＰ１２と同一断面形状の帯状パターンＰ２２と、帯状パターンＰ１３と同一断面形状の帯状パターンＰ２３とがＸ方向に交互に、かつ等間隔に配置されている。この場合でも、両面の間でパターン配設位置をＸ方向に異ならせることで、シートＳの少なくとも一方面を帯状パターンで覆い、シートＳの両面とも露出してしまうことが回避されている。
【００５５】
図５（ｂ）に示す例では、シートＳの上面Ｓ１に比較的幅広の帯状パターンＰ１４が配列される一方、シートＳの下面Ｓ２側にはより幅の狭い帯状パターンＰ２４が配列されている。さらに、図５（ｃ）に示す例では、シートＳの上面Ｓ１には互いに同一形状で幅広の帯状パターンＰ１５が形成される一方、下面Ｓ２には幅広の帯状パターンＰ２５とより幅の狭い帯状パターンＰ２６とが交互に配列されている。このように両面間で異なるパターン形状とする場合でも、それぞれの面でパターン幅およびパターン間隔を適宜に設定することにより、シートＳの少なくとも一方面が帯状パターンで覆われた構造とすることができる。
【００５６】
このように、帯状パターンの形状やその配列に関しては種々のものが考えられる。いずれの場合でも、上記各例のようにシートＳの各位置において少なくとも一方面が活物質で覆われるようなパターン配置とすることで、巻き取り時の撓みや破損を防止することが可能となる。以下の条件が満たされる構造であることが、より好ましい。
【００５７】
図５（ｄ）に示す例は、図５（ａ）の例において帯状パターンＰ１３，Ｐ２３の幅がより狭くなったものに相当する。すなわち、シートＳの上面Ｓ１に比較的幅広の帯状パターンＰ１７と、より幅の狭い帯状パターンＰ１８とが交互に配置される。一方、下面Ｓ２側では、幅広の帯状パターンＰ２７と、より幅の狭い帯状パターンＰ２８とが交互に配置される。この例においても、「一方面におけるパターン間の間隙に相当する部位が他方面のパターンにより補強される」という条件は満たされている。
【００５８】
ただし、上面Ｓ１側の帯状パターンＰ１８のパターン幅Ｗｘが、下面Ｓ２側のパターン間隔Ｄｘよりも小さくなっている。同様に、下面Ｓ２側の帯状パターンＰ２８のパターン幅も、上面Ｓ１側のパターン間隔よりも小さくなっている。このようなパターン形状では、巻回により多層に重ねられた電極用構造物において、ある層の帯状パターンが、これと隣接する層の帯状パターン間の隙間に入り込んでしまうことがあり、このことがシートＳの変形を引き起こすことがある。
【００５９】
このような問題を避けるために、一方面に形成される帯状パターンのうち最も幅の狭いものの幅が、他方面に形成される帯状パターン間の間隔のうちの最大値よりも大きい、つまり、Ｗｘ＞Ｄｘであることが、より好ましい。図２（ｂ）、図２（ｃ）、図５（ａ）ないし図５（ｃ）に示した各例では、いずれもこの条件が併せて満たされている。
【００６０】
以上説明したように、この実施形態の電極用構造物では、シートＳが本発明の「シート体」に相当している。そして、シートＳの上面Ｓ１が本発明の「第１主面」に相当し、帯状パターンＰ１１が本発明の「第１帯状部位」に相当する一方、活物質層Ｐ１が本発明の「第１活物質層」に相当している。一方、シートＳの下面Ｓ２が本発明の「第２主面」に相当し、帯状パターンＰ２１が本発明の「第２帯状部位」に相当し、活物質層Ｐ２が本発明の「第２活物質層」に相当している。
【００６１】
また、上記実施形態の電極製造装置１では、供給ローラ１５および巻き取りローラ１６が一体として本発明の「搬送手段」として機能しており、このうち巻き取りローラ１６が本発明の「巻取部」として機能している。また、塗布ノズル１１が本発明の「第１ノズル」として機能しており、吐出口１１１が本発明の「第１吐出口」に相当している。また、塗布ノズル１２が本発明の「第２ノズル」として機能しており、吐出口１２１が本発明の「第２吐出口」に相当している。したがって、本実施形態においては「第１塗布液」と「第２塗布液」とが同一組成である。
【００６２】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記した実施形態では、断面形状が矩形である帯状パターンにより活物質層が構成されるが、帯状パターンの断面形状はこれに限定されず任意である。
【００６３】
また、上記実施形態では、塗布ノズル１１，１２に同一組成の塗布液が供給され、シートＳの両面に同一組成の活物質層が形成されるが、両面に互いに異なる組成の活物質層が形成される場合でも、上記した技術思想を適用することができる。すなわち、本発明の「第１塗布液」と「第２塗布液」とが互いに異なる組成であってもよい。
【００６４】
例えば、シートＳを絶縁性シートの両面にそれぞれ正極集電体層、負極集電体層を形成したものを本発明の「シート体」として用い、「第１活物質層」としての正極活物質層を正極集電体層の面に、「第２活物質層」としての負極活物質層を負極集電体層の面にそれぞれ形成するように構成されてもよい。このような構成でも、正極活物質層が負極活物質層側の間隙部位を、負極活物質層が正極活物質層側の間隙部位をそれぞれ反対面から相補的に補強する構造となるので、巻回等に起因する応力に対する耐力の高い電極用構造物を構成することができる。
【００６５】
また、上記実施形態は、リチウムイオン二次電池の電極として機能する電極用構造物の製造装置であるが、本発明により製造される電池用電極は、リチウムイオン二次電池に用いられるものに限定されず、他の化学電池に用いられる電極についても、同様の原理で製造することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明によれば、リチウムイオン二次電池用の電極のほか、各種の化学電池に用いられる電極を安定的に製造することが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１  電極製造装置
１５  供給ローラ（搬送手段）
１６  巻き取りローラ（搬送手段、巻取部）
１１  塗布ノズル（第１ノズル）
１２  塗布ノズル（第２ノズル）
１１１  吐出口（第１吐出口）
１２１  吐出口（第２吐出口）
Ｐ１  活物質層（第１活物質層）
Ｐ２  活物質層（第２活物質層）
Ｐ１１  帯状パターン（第１帯状部位）
Ｐ２１  帯状パターン（第２帯状部位）
Ｓ  シート（シート体）
Ｓ１  （シートＳの）上面（第１主面）
Ｓ２  （シートＳの）下面（第２主面）
【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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