(57)【要約】【課題】優れた性能を示す電池を簡便且つ容易に得る。【解決手段】電池製造装置２０を構成する塗着ブース２４内には、活物質の粉体、導電材の粉体、及びバインダ粉末を含む混合粉体が塗工ガン２６ａ、２６ｂから吐出される。これにより、ストリップ２２（集電体）に、前記混合粉体からなる正極活物質層２が塗着される。該塗着ブース２４の下流にはプレス機が配設され、このプレス機を構成する第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４は、第１ヒータ６６及び第２ヒータ６８が予め発熱することによって温度上昇を起こしている。従って、塗着ブース２４から搬出された正極活物質層２が第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４に挟まれると、該正極活物質層２に加熱処理が施されると同時に、ロール成形が施される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極反応を生起する活物質を集電体に対して塗着させることで活物質層を形成する電池の製造方法であって、
前記集電体を塗着ブースの内部に搬入する工程と、
前記塗着ブースに設けられた塗工ツールから、前記活物質、導電材及びバインダを含む粉体を吐出し、該粉体を前記集電体に塗着することで活物質層を形成する工程と、
前記塗着ブース外に搬送されて前記集電体に塗着された前記活物質層を加熱すると同時に加圧する工程と、
を有することを特徴とする電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法において、前記加圧を行うときの加圧力が、下記の式（１）によって求められる前記活物質層の空隙率が０．２５〜０．４％の範囲内となるように設定されることを特徴とする電池の製造方法。
Ｐ＝［｛ＳＴ−（Ｗ／Ｄ）｝／ＳＴ］×１００  …（１）
ただし、式（１）中のＰ、Ｓ、Ｔ、Ｗ、Ｄは、それぞれ、活物質層の空隙率、活物質層の面積、活物質層の厚み、活物質層の重量、活物質の密度を表す。
【請求項３】
請求項１又は２記載の製造方法において、前記塗工ツールを複数個設けるとともに、前記複数個の塗工ツールの中の少なくとも２個を、前記粉体が吐出される吐出口同士が互いに対向するように前記塗着ブースの壁に設置し、
前記対向する吐出口の各々から前記集電体に対して前記粉体を同時に吐出するとともに、一方の前記塗工ツールから吐出されて前記塗着ブースの内部に拡散した前記粉体を、他方の前記塗工ツールから吐出された前記粉体に衝突させることで該粉体を前記集電体に移動させることを特徴とする電池の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の製造方法において、前記複数個の塗工ツールから吐出された前記粉体を前記集電体の両端面に塗着することを特徴とする電池の製造方法。
【請求項５】
電極反応を生起する活物質を集電体に対して塗着するための電池製造装置であって、
前記集電体が搬入される塗着ブースと、
前記塗着ブースに設けられ、前記活物質、導電材及びバインダを含む粉体を吐出するための塗工ツールと、
前記粉体が塗着されて前記塗着ブース外に搬送された前記集電体を加熱する加熱手段と、
前記集電体に塗着された前記粉体を、前記加熱と同時に加圧する加圧手段と、
を備えることを特徴とする電池製造装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置において、前記加熱手段が前記加圧手段を兼ねることを特徴とする電池製造装置。
【請求項７】
請求項５又は６記載の装置において、前記塗工ツールが複数個設けられるとともに、前記複数個の塗工ツールの中の少なくとも２個が、粉体が吐出される吐出口同士が互いに対向するように前記塗着ブースの壁に設置され、
前記対向する吐出口の各々は、前記集電体に対して前記粉体を同時に吐出するとともに、一方の前記塗工ツールから吐出されて前記塗着ブースの内部に拡散した前記粉体を、他方の前記塗工ツールから吐出された前記粉体に衝突させて前記集電体に移動させることを特徴とする電池製造装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の装置において、前記塗工ツールが前記塗着ブースの外壁に設けられることを特徴とする電池製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極反応を生起する活物質を含んだ粉体を集電体に塗着させる電池の製造方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、リチウムイオン電池１の構成を模式的に示した断面図である。このリチウムイオン電池１においては、正極として機能する正極活物質を含む正極活物質層２が両端面に形成された正極集電体３と、負極として機能する負極活物質を含む負極活物質層４が両端面に形成された負極集電体５とが交互に重畳されるように巻回されている。正極集電体３は、例えば、アルミニウム箔からなり、負極集電体は、例えば、銅箔からなる。
【０００３】
なお、正極活物質層２と負極活物質層４との間には、短絡を防止するためのセパレータ６が介装される。また、正極集電体３同士は正極リード線７によって束ねられて正極端子８に電気的に接続され、一方、負極集電体５同士は負極リード線９によって束ねられて負極端子１０に電気的に接続される。勿論、正極活物質層２、正極集電体３、負極活物質層４、負極集電体５、セパレータ６、正極リード線７及び負極リード線９は、図示しない電池缶に収容される。
【０００４】
ここで、リチウムイオン電池１の正極活物質層２では、図８に示すように、正極活物質１１の粉体と、イオンを伝導させることで導電を担う導電材１２の粉体と、これらの粉体同士を結着するバインダ１３となるバインダ粉末とを含むペーストが正極集電体３に塗着されることで形成されることが一般的である。すなわち、いわゆる湿式塗布が広汎に行われている。なお、図８では、正極活物質１１及び導電材１２を、各々の具体例であるコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、カーボン（Ｃ）として示している。また、図８中に「Ｂ」で示したバインダ１３の具体例としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等が挙げられる。
【０００５】
負極活物質層４も同様にして、負極集電体５上に形成される。なお、負極活物質としては主にカーボン、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）が選定される。
【０００６】
これに対し、近時、特許文献１において、粉体塗装を行う、いわゆる乾式塗布が提案されている。特許文献１には、この場合、活物質層の厚みを略均等にすることができ、また、高電流密度においても放電容量比の低下が少ない、内部抵抗が小さな電池が得られた、との記載がある。
【０００７】
特許文献１には、如何にして粉体塗装を実施するかについての具体的な開示がないが、粉体塗装は、例えば、特許文献２の図１、特許文献３の図１及び図２等に示されるように、塗着ブースの内部に塗装を施すべきワークを収容した後、前記塗着ブースの内方に設置された塗工ガンから粉体を吐出することで実施されるのが一般的である。すなわち、特許文献１〜３の記載に従えば、正極活物質層２を形成する場合、正極集電体３が塗着ブース内に搬入されるとともに、塗工ガンから正極活物質１１、導電材１２及びバインダ１３を含む混合粉体が吐出され、その結果、前記正極集電体３に対して前記粉体が塗着される。
【０００８】
特許文献１記載の技術では、このようにして正極集電体３に塗着された前記混合粉体に対し、次に、加熱処理を施している。これに伴ってバインダ粉末が軟化ないし溶融し、展延したバインダ１３となる。バインダ１３は、展延した状態で冷却硬化し、その結果、正極活物質１１及び導電材１２の粉体同士が該バインダ１３によって結着される（図８参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−３５１６１６号公報
【特許文献２】特開平４−１２６５６３号公報
【特許文献３】特開２００２−３６１１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明者の鋭意検討によれば、特許文献１の記載に従って形成した正極活物質層２中において、正極活物質１１、導電材１２及びバインダ１３は、図８に示す状態をなしている。すなわち、正極活物質１１及び導電材１２は、略全体がバインダ１３によって覆われる。特に図示しないが、負極活物質層４も同様の状態となっている。
【００１１】
周知の通り、多くのバインダ１３は有機物、すなわち、絶縁体である。従って、バインダ１３が正極活物質１１や導電材１２の大部分を被覆すると、正極活物質１１、１１同士、導電材１２、１２同士、正極活物質１１と導電材１２同士が接触する面積や頻度が低減する結果、イオンの伝導経路が著しく低減してしまう。負極活物質層４においても同様である。
【００１２】
このため、この従来技術には、リチウムイオン電池１の実際の性能（例えば、出力等）が、正極活物質１１、負極活物質及び導電材１２の量から予測される性能に満たないものとなる、という不具合が顕在化している。
【００１３】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、優れた性能を示す電池を簡便且つ容易に得ることが可能な電池の製造方法及びその装置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】
【００１４】
前記の目的を達成するために、本発明は、電極反応を生起する活物質を集電体に対して塗着させることで活物質層を形成する電池の製造方法であって、
前記集電体を塗着ブースの内部に搬入する工程と、
前記塗着ブースに設けられた塗工ツールから、前記活物質、導電材及びバインダを含む粉体を吐出し、該粉体を前記集電体に塗着することで活物質層を形成する工程と、
前記塗着ブース外に搬送されて前記集電体に塗着された前記活物質層を加熱すると同時に加圧する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１５】
加熱処理を施した後に加圧成形を行う従来技術では、活物質層（集電体に塗着した粉体）を加熱した後に加圧成形を行うようにしている。この加熱により、塗着された活物質層の広範囲にわたってバインダ粉末が溶融するので、多大な熱エネルギが必要となるとともに、展延したバインダによって活物質や導電材の粉体の大部分が覆われる。
【００１６】
これに対し、本発明においては、活物質層に対して加熱処理を施すと同時に、該活物質層を加圧成形するようにしている。従って、活物質又は導電材に接触したバインダ粉末のみが軟化ないし溶融する。このため、熱エネルギが低減するとともに、バインダ粉末が過度に軟化ないし溶融することに起因して過度に展延することが回避される。しかも、この場合、広範囲にわたるバインダ粉末が軟化ないし溶融することもない。
【００１７】
以上のような理由から、活物質や導電材の各粉体が展延したバインダに覆われることが回避されるので、活物質同士、導電材同士、活物質と導電材同士の接触面積が十分に確保される。これによりイオンの伝導経路が十分に形成されるので、出力等の特性に優れた電池が得られる。
【００１８】
しかも、この場合、バインダ粉末の配合割合を低減することも可能である。
【００１９】
加圧を行うときの加圧力は、下記の式（１）によって求められる前記活物質層の空隙率が０．２５〜０．４％の範囲内となるように設定することが好ましい。
Ｐ＝［｛ＳＴ−（Ｗ／Ｄ）｝／ＳＴ］×１００  …（１）
【００２０】
ただし、式（１）中のＰ、Ｓ、Ｔ、Ｗ、Ｄは、それぞれ、活物質層の空隙率、活物質層の面積、活物質層の厚み、活物質層の重量、活物質の密度を表す。
【００２１】
空隙率Ｐが０．２５％未満となるような加圧力では、バインダ粉末が大きく展延して活物質及び導電材の各粉体を覆う懸念がある。また、活物質層中の空隙が少ないため、該活物質層に電解液を浸透することが容易でなくなる。一方、空隙率Ｐが０．４％を超えるような加圧力を付与した場合、活物質層が気孔を多く含むようになるので、該活物質層中で活物質同士、又は導電材同士、さらには活物質と導電材とが互いに接触することが容易でなくなる。このために該活物質層の内部抵抗が大きくなり、出力等の電池特性が低下する懸念がある。
【００２２】
また、活物質又は導電材に対するバインダの接触点数や接触点圧が減少するので結着力が低下する懸念がある。この場合、その後の充放電によって活物質層に体積変動が起こると、結着を保つことが容易でなくなり、サイクル性能が低下することがある。
【００２３】
さらに、塗工ツールを複数個設けるとともに、前記複数個の塗工ツールの中の少なくとも２個を、前記粉体が吐出される吐出口同士が互いに対向するように前記塗着ブースの壁に設置し、前記対向する吐出口の各々から前記集電体に対して前記粉体を同時に吐出することが好ましい。
【００２４】
この場合、一方の前記塗工ツールから吐出されて前記塗着ブースの内部に拡散した前記粉体が、他方の前記塗工ツールから吐出された前記粉体に衝突する。粉体は搬送用気体に同伴されるので、結局、対向する吐出口から粉体とともに吐出される搬送用気体同士も衝突する。すなわち、吐出パターン同士が干渉する。
【００２５】
この干渉が起こるため、例えば、塗着ブース内において上方に拡散しようとする粉体が、対向する吐出口から吐出されて上方に拡散しようとする搬送用気体と衝突し、その結果、粉体は、吐出の際に搬送用気体から付与された運動エネルギが相殺された状態となり、集電体の周辺に分散浮遊するようになる。
【００２６】
下方に拡散しようとする粉体についても同様に、対向する吐出口から吐出されて下方に拡散しようとする搬送用気体とぶつかる。これにより、この粉体も集電体の周辺に分散浮遊するようになる。
【００２７】
このようにして集電体の周辺に分散浮遊するようになった粉体は、静電作用によって被塗布物に引き寄せられる。このため、粉体が集電体に対して効率よく塗着する。すなわち、塗着効率が向上する。
【００２８】
また、上記したように、粉体が分散浮遊した後に静電作用を介して集電体に塗着するので、該集電体の全体にわたって塗膜、すなわち、活物質層の厚みが略一定となる。
【００２９】
しかも、この場合、未塗着の粉体量が低減するので、粉体の回収量及び再生処理量が低減する。このため、再生処理に要するコストを低減することもできる。
【００３０】
その上、本発明では、上記したように粉体を塗着ブース内に浮遊させ、その後に静電作用によって該粉体を集電体に塗着させるので、粉体及び搬送用気体が集電体に直接接触することが回避される。このため、集電体が振動することが回避される。
【００３１】
従って、塗着ブースの出口近傍で集電体を支持する必要がなく、例えば、活物質層を硬化・圧潰するための加熱手段・加圧手段の下流側で支持することが可能である。加熱手段・加圧手段を通過した活物質層は、集電体に堅牢に結着する。このため、集電体を支持するための部材（払い出しローラ等）に活物質層が接触した場合であっても、該活物質層が集電体から脱落する懸念が払拭される。
【００３２】
このような理由から、塗工ツールから吐出された粉体を集電体の両端面に塗着することが可能となる。このため、集電体の各端面に個別に活物質層を形成する必要がないので、塗着効率が一層向上する。
【００３３】
また、本発明は、電極反応を生起する活物質を集電体に対して塗着するための電池製造装置であって、
前記集電体が搬入される塗着ブースと、
前記塗着ブースに設けられ、前記活物質、導電材及びバインダを含む粉体を吐出するための塗工ツールと、
前記粉体が塗着されて前記塗着ブース外に搬送された前記集電体を加熱する加熱手段と、
前記集電体に塗着された前記粉体を、前記加熱と同時に加圧する加圧手段と、
を備えることを特徴とする。
【００３４】
このような構成とすることにより、集電体に塗着された粉体に対し、加熱を施すと同時に加圧成形することができる。その結果、活物質や導電材の各粉体の表面が適度に露呈した活物質層が得られる。このような活物質層では、イオンの伝導経路が十分に確保される。従って、出力等の特性が優れる電池が構成される。
【００３５】
ここで、例えば、加熱手段を誘導加熱炉とし、該誘導加熱炉の内部に成形ローラを設けるようにしてもよいが、加熱手段を、加圧手段を兼ねるものとして構成することも可能である。このような構成の一例としては、温度を上昇させることが可能な成形ローラが挙げられる。一層具体的には、ヒータ等が組み込まれた成形ローラや、通電によって温度上昇を起こす成形ローラ等である。
【００３６】
このように加熱手段と加圧手段を一体的なものとする場合、構成が簡素となる利点がある。
【００３７】
塗着ブースでは、塗工ツールを複数個設けるようにしてもよい。この場合、前記複数個の塗工ツールの中の少なくとも２個を、粉体が吐出される吐出口同士が互いに対向するように前記塗着ブースの壁に設置するとよい。
【００３８】
この構成においては、対向する吐出口の各々は、前記集電体に対して粉体を同時に吐出するとともに、一方の前記塗工ツールから吐出されて前記塗着ブースの内部に拡散した粉体を、他方の前記塗工ツールから吐出された粉体に衝突させて前記集電体に移動させる。これにより、集電体に向かう粉体の量を増加させて塗着効率を向上させることができる。このために未塗着の粉体の回収量及び再生処理量が低減するので、コスト的に有利となる。
【００３９】
いずれの場合においても、塗工ツールの本体を前記塗着ブースの外壁に設置することが好ましい。これにより塗工ツールに活物質が塗着することが回避されるので、塗工ツールのメンテナンス頻度が著しく低減する。従って、塗工ツールに対してメンテナンスを行うために塗装作業を中断する頻度も低減し、この結果、塗装作業効率が向上する。
【００４０】
しかも、これにより、塗着ブースの寸法、ひいては体積を小さくすることもできる。塗着ブースの内部に塗工ツールを収容する必要がなく、このため、塗着ブースに塗工ツールを収容するためのスペースを形成する必要がないからである。
【００４１】
なお、この場合、吐出口を前記塗着ブースの内壁に設けるようにすればよい。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、集電体に塗着された粉体に対して加熱処理を施すと同時に、該粉体を加圧成形するようにしている。従って、活物質や導電材に接触したバインダ粉末のみが軟化ないし溶融し、その後、硬化する。このために活物質や導電材の各粉体が過度に展延したバインダに覆われることが回避されるので、活物質同士、導電材同士、活物質と導電材同士の接触面積が十分に確保される。これにより、活物質層中でイオンの伝導経路が十分に形成され、結局、出力等の特性に優れた電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係る電池製造装置の全体概略斜視図である。
【図２】図１の電池製造装置の概略正面縦断面図である。
【図３】図１の電池製造装置を構成する塗工ガンの全体概略側面図である。
【図４】図１に示す第１ヒートローラ及び第２ヒートローラによって活物質層をストリップ（集電体）ごと挟んだ状態を示す要部拡大側面図である。
【図５】図４に示す加熱及びロール成形によって得られた正極活物質層中の粉体の状態を示す模式図である。
【図６】送り出しローラ及び払い出しローラが付設された電池製造装置の全体概略斜視図である。
【図７】リチウムイオン電池の構成を模式的に示した断面図である。
【図８】従来技術において、加熱処理の後にロール成形を行って得られた正極活物質層中の粉体の状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明に係る電池の製造方法につき、それを実施する電池製造装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００４５】
なお、本実施の形態では、正極活物質層を形成する場合を例示する。また、図７及び図８に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４６】
図１は、本実施の形態に係る電池製造装置２０の全体概略斜視図である。この電池製造装置２０は、帯状の集電体（以下、ストリップと表記する）２２に対して後述する混合粉体を塗着する際にストリップ２２を囲繞する塗着ブース２４と、該塗着ブース２４に設置された塗工ツールとしての２個の塗工ガン２６ａ、２６ｂとを備える。
【００４７】
塗着ブース２４の上流側には、アルミニウム箔の金属箔が従動ローラ２７に巻回されることで形成されたロール状集電体２８が配置される。ストリップ２２は、このロール状集電体２８から引き出された帯形状体である。
【００４８】
塗着ブース２４は、図１及び図２に示すように、底壁３４と、前記底壁３４から略垂直方向に立ち上げられ且つストリップ２２の進行方向に対して略平行方向に延在する側壁３６、３８と、天井壁４０と、ストリップ２２の進行方向上流側及び下流側をそれぞれ閉塞する上流側壁４２及び下流側壁４４とを有する。底壁３４及び天井壁４０は、側壁３６、３８同士に橋架され、且つ、側壁３６、３８と同様にストリップ２２の進行方向に対して略平行方向に延在する。一方、上流側壁４２及び下流側壁４４は、ストリップ２２の進行方向に対して略直交する方向に延在する。
【００４９】
勿論、上流側壁４２には、ストリップ２２を塗着ブース２４に搬入するための入口４６が形成されており、同様に、下流側壁４４には、ストリップ２２を塗着ブース２４から搬出可能とするための出口４８が形成されている。
【００５０】
前記２個の塗工ガン２６ａ、２６ｂは、上記のように構成された塗着ブース２４の側壁３６、３８の外方に１個ずつ設置されている。なお、塗工ガン２６ａ、２６ｂは同一構成であるが、説明の便宜上、互いに別の参照符号を付している。
【００５１】
ここで、側壁３８に設置された塗工ガン２６ｂの全体概略側面図を図３に示す。この場合、塗工ガン２６ｂは、ガン本体５０と、該ガン本体５０の各端部に接続された中空の供給チューブ５２、吐出チューブ５４とを有する。この中、吐出チューブ５４の先端には、その内部に図示しない分岐通路が形成された分配部材５６が配設される。すなわち、吐出チューブ５４の内部は、前記分岐通路に連通する。
【００５２】
前記分岐通路の各先端には、吐出ノズル５８が設けられる。すなわち、吐出ノズル５８の各々は、分配部材５６に形成された前記分岐通路を介して吐出チューブ５４に連通し、後述するように、供給チューブ５２を介してガン本体５０に導入され、吐出チューブ５４及び前記分岐通路を経由した混合粉体（主には正極活物質１１）を吐出する。
【００５３】
なお、分配部材５６は、湾曲して略半楕円形状をなす円弧形状部材６０を介してガン本体５０に支持される。この円弧形状部材６０がガン本体５０に強固に支持されることによって、分配部材５６の回り止めがなされている。
【００５４】
好適には、分配部材５６の一端面は側壁３８に当接ないし接着され、且つ吐出ノズル５８は、側壁３８に形成された図示しない導入孔に挿入される。従って、吐出ノズル５８から吐出された混合粉体（正極活物質１１）は、導入孔を経て塗着ブース２４の内部に吐出される。すなわち、導入孔は、正極活物質１１を含む混合粉体を吐出する吐出口として機能する。
【００５５】
以上の供給チューブ５２、ガン本体５０、吐出チューブ５４、分配部材５６、及び吐出ノズル５８の素材は、これらの内部を摩擦しながら通過する混合粉体に対して摩擦帯電を生じさせるようなものが選定される。この種の素材の好適な例としては、ポリテトラフルオロエチレンが挙げられる。
【００５６】
勿論、残余の塗工ガン２６ａも同様に構成されている。従って、同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５７】
そして、図１に示すように、塗工ガン２６ａと塗工ガン２６ｂは、各々のガン本体５０、５０同士が略対向するようにして側壁３６、３８の外方に設置されている。
【００５８】
塗着ブース２４の下流側には、加熱手段と加圧手段を兼ねる第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４が配設される。これら第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４は、図示しないプレス機を構成し、該プレス機の作用下に、互いに接近又は離間する方向に変位する。勿論、第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４が互いに接近したときには、正極活物質層２が形成されたストリップ２２を上下から挟んで押圧することが可能である。
【００５９】
第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４の内部には、それぞれ、第１ヒータ６６、第２ヒータ６８が埋設される。これら第１ヒータ６６及び第２ヒータ６８は、第１信号線７０、第２信号線７２を介して制御回路７４に電気的に接続されている。制御回路７４からの指令信号を受けた第１ヒータ６６及び第２ヒータ６８が発熱を開始すると、第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４に熱が伝達される。すなわち、第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４が帯熱し、その温度が上昇する。
【００６０】
第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４の下流には、これら第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４を通過したストリップ２２を巻き取るための駆動ローラ７６が設けられる。該駆動ローラ７６が回転付勢されるとストリップ２２の巻き取りが開始され、これに追従して、従動ローラ２７が回転するとともに該従動ローラ２７からストリップ２２が送り出される。
【００６１】
本実施の形態に係る電池製造装置２０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その動作並びに作用効果について説明する。
【００６２】
はじめに、ロール状集電体２８からストリップ２２が若干引き出され、駆動ローラ７６に懸架される。また、このストリップ２２ないしはロール状集電体２８が、アースに対して電気的に接続される。
【００６３】
ストリップ２２は、駆動ローラ７６が回転付勢されることに伴って該駆動ローラ７６に巻き取られる。これに伴って従動ローラ２７が回転するとともに、ストリップ２２が塗着ブース２４に指向して変位し始める。該ストリップ２２の先端は、塗着ブース２４の上流側壁４２の入口４６を通過し、塗着ブース２４内を所定速度で緩やかに移動する。
【００６４】
塗着ブース２４内には、この移動に先立ち、図示しない供給源から供給された混合粉体が、搬送用エアに同伴されながら、供給チューブ５２、塗工ガン２６ａ、２６ｂ、吐出チューブ５４を経由した後、分配部材５６内の分岐通路によって分配され、さらに、吐出ノズル５８を通過して前記導入孔から吐出されている。
【００６５】
ここで、前記混合粉体は、電極反応を生起する正極活物質１１の粉体、導電を担う導電材１２の粉体、これらの粉体同士を結着するバインダ粉末を含む。
【００６６】
正極活物質１１は、電池の種類に応じて適宜選択すればよい。例えば、リチウムイオン二次電池を製造する場合、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム等を選定することができる。
【００６７】
導電材１２は、十分な導電性を示す物質であればよい。この種の物質としては金属粉体が挙げられるが、軽量であること等の利点を有することから、カーボンブラックをはじめとする各種の炭素粉末が一層好適である。
【００６８】
バインダ１３としては、比較的低温で軟化する周知の有機化合物等を用いればよい。その好適な例としては、ポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレン等を挙げることができる。
【００６９】
以上のような正極活物質１１、導電材１２、及びバインダ１３を含む混合粉体は、供給チューブ５２、塗工ガン２６ａ、２６ｂのガン本体５０、吐出チューブ５４、分岐通路、及び吐出ノズル５８を通過する間に、これら供給チューブ５２、ガン本体５０、吐出チューブ５４、分岐通路、及び吐出ノズル５８に対して摺接し、この際の摩擦によって帯電する。すなわち、正極活物質１１を含む混合粉体は、帯電した状態で導入孔（吐出口）から吐出され、塗着ブース２４内に噴霧される。
【００７０】
上記したように、ストリップ２２はアースに電気的に接続されている。このため、帯電した状態で吐出された混合粉体は、静電気を介する静電作用によってストリップ２２に引き寄せられ、その結果、該ストリップ２２の各端面（下端面及び上端面）に効率よく塗着される。
【００７１】
その一方で、塗着ブース２４内に噴霧された混合粉体の一部は、搬送用エアが塗着ブース２４内に拡散することに伴って拡散する。通常の粉体塗装装置では、例えば、天井壁４０に向かって拡散した混合粉体に付与された搬送用エアによる運動エネルギが、前記静電作用によってストリップ２２に向かおうとする運動エネルギに比して大きく、このため、この拡散した混合粉体を塗着させることは容易ではない。
【００７２】
しかしながら、本実施の形態においては、塗工ガン２６ａに対して塗工ガン２６ｂを略対向する位置に配設している。このため、図２に示すように、塗工ガン２６ａから吐出・噴霧された混合粉体及び搬送用エアの流れが、塗工ガン２６ｂから吐出・噴霧された混合粉体及び搬送用エアの流れに衝突する。換言すれば、塗工ガン２６ａ、２６ｂからの吐出パターン同士が干渉する。
【００７３】
このため、塗着ブース２４内では、天井壁４０に向かって拡散した混合粉体及び搬送用エア同士が衝突し合い、その結果、混合粉体は、吐出の際に搬送用エアから付与された運動エネルギが相殺された状態となる。このため、混合粉体は、ストリップ２２の周辺で分散浮遊する。
【００７４】
その一方で、底壁３４に向かって拡散した混合粉体及び搬送用エア同士も衝突し合い、これにより、混合粉体がストリップ２２の周辺で分散浮遊した状態となる。
【００７５】
以上のように、本実施の形態によれば、側壁３６、３８の導入孔同士、すなわち、塗工ガン２６ａ、２６ｂの吐出口同士を互いに略対向する位置に形成し、これにより該導入孔を介して吐出・噴霧される吐出パターン同士が干渉するようにしている。このため、混合粉体の運動エネルギを喪失させ、静電作用によってストリップ２２側に引き寄せられ易い状態とすることができる。
【００７６】
すなわち、この場合、塗着ブース２４内に吐出・噴霧された混合粉体（正極活物質層２の出発原料）の大部分をストリップ２２に指向して移動させることができる。従って、ストリップ２２に対する塗着効率が向上するので、一般的な粉体塗装で正極活物質層２を形成する場合に比して、未塗着の混合粉体量が低減する。
【００７７】
しかも、上記したように、混合粉体が分散浮遊した後に静電作用を介してストリップ２２に塗着するので、塗膜、換言すれば、正極活物質層２の厚みが、該ストリップ２２の全体にわたって略一定となる。すなわち、厚みが略均一な正極活物質層２を得ることも容易である。
【００７８】
それでもなおストリップ２２に塗着されない未塗着の混合粉体が発生する場合には、周知の回収機構を介して該混合粉体を回収するようにすればよい。上記したように、本実施の形態では、未塗着の混合粉体量が少ないので、回収すべき混合粉体の量も少ない。このため、混合粉体の使用効率が向上し、該混合粉体に含まれる正極活物質１１、導電材１２、バインダ粉末を再使用するための再生処理量が少なくなるのでコスト的に有利である。
【００７９】
しかも、本実施の形態においては、塗工ガン２６ａ、２６ｂを構成するガン本体５０や吐出チューブ５４、吐出ノズル５８が塗着ブース２４内に露呈していない。このため、混合粉体に含まれる正極活物質１１や導電材１２、バインダ粉末が塗工ガン２６ａ、２６ｂに塗着することがないので、塗工ガン２６ａ、２６ｂのメンテナンス頻度が著しく低減する。結局、塗工ガン２６ａ、２６ｂに対してメンテナンスを行うべく塗着作業を中断する頻度が低減するので、ストリップ２２に対する塗着作業効率も向上する。
【００８０】
ストリップ２２の先端は、以上のようにして混合粉体が塗着される間、継続して下流側に送られている。従って、混合粉体の吐出が継続されることにより、ストリップ２２の長手方向に沿って混合粉体が連続的に塗着される。換言すれば、正極活物質層２がストリップ２２の両端面に連続的に形成される。
【００８１】
このようにして正極活物質層２が形成されたストリップ２２の先端は、塗着ブース２４の出口４８を通過してその外方に露呈する。換言すれば、塗着ブース２４から搬出される。
【００８２】
混合粉体及び搬送用エアがストリップ２２に直接接触する場合には、ストリップ２２が振動することを抑制するべく、塗着ブース２４の出口４８近傍に払い出しローラを配置してストリップ２２を下端面側から支持することが一般的に行われている。この場合において、ストリップ２２の下端面に正極活物質層２を形成すると、払い出しローラによって正極活物質層２がストリップ２２から脱落する懸念がある。該正極活物質層２が加熱前であるため、ストリップ２２に強固に結着していないからである。
【００８３】
これに対し、本実施の形態では、混合粉体を塗着ブース２４内に浮遊させ、その後、静電作用によって該混合粉体をストリップ２２に塗着させるようにしている。すなわち、混合粉体及び搬送用エアは、ストリップ２２に直接接触しない。このため、正極活物質層２を形成している間、ストリップ２２が振動することが回避される。
【００８４】
従って、本実施の形態によれば、駆動ローラ７６でストリップ２２を巻き取るようにするのみでよく、塗着ブース２４の出口４８近傍でストリップ２２を支持する必要、換言すれば、払い出しローラを設ける必要は特にない。このため、装置構成が簡素となる。
【００８５】
塗着ブース２４から搬出されたストリップ２２は、次に、前記プレス機に到達する。そして、このプレス機を構成する第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４により、図４に示すように、ストリップ２２が挟まれる。
【００８６】
制御回路７４は、ストリップ２２が送られる前に第１ヒータ６６及び第２ヒータ６８に対して指令信号を発信し、これにより第１ヒータ６６及び第２ヒータ６８を予め発熱させている。この発熱に伴い、第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４の温度が上昇している。第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４の温度は、例えば、１５０℃〜２００℃程度に設定すればよい。
【００８７】
従って、ストリップ２２の両端面に塗着・結着した正極活物質層２は、圧潰されると同時に、第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４によって加熱される。この加熱により、正極活物質層２に含まれるバインダ粉末が軟化して展延する。
【００８８】
同時に、正極活物質層２は、第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４によって押圧され、その結果、所定の厚みとなるように圧潰される。すなわち、本実施の形態においては、ストリップ２２の両端面に形成された正極活物質層２に対し、加熱処理とロール成形とを同時に施す。
【００８９】
ここで、本実施の形態では、この際の第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４による加圧力は、下記の式（１）によって求められる正極活物質層２の空隙率Ｐが、０．２５〜０．４％の範囲内となるように設定される。
Ｐ＝［｛ＳＴ−（Ｗ／Ｄ）｝／ＳＴ］×１００  …（１）
【００９０】
式（１）中のＳ、Ｔ、Ｗ、Ｄは、それぞれ、正極活物質層２の面積、正極活物質層２の厚み、正極活物質層２の重量、正極活物質１１の密度を表す。
【００９１】
０．２５％未満となるような加圧力は比較的大きく、このため、バインダ粉末が大きく展延して正極活物質１１及び導電材１２の各粉体を覆い、その結果としてイオンの伝導経路が低減する懸念がある。また、正極活物質層２中の空隙（気孔）が少ないため、該正極活物質層２に電解液を浸透することが容易でなくなる。
【００９２】
一方、０．４％を超えるような加圧力を付与した場合、正極活物質層２が気孔を多く含むようになるので、正極活物質１１、１１同士、又は導電材１２、１２同士、さらには正極活物質１１と導電材１２同士が互いに接触することが容易でなくなる。この結果、正極活物質層２の内部抵抗が大きくなり、出力等の電池特性が低下する懸念がある。
【００９３】
また、この場合、正極活物質１１又は導電材１２に対するバインダ１３の接触点数や接触点圧が減少する原因となる。このために結着力が低下するような事態が生じると、リチウムイオン電池１に対して充放電を行うことに伴って正極活物質層２に体積変動が起こるときに結着を保つことが容易でなくなる。その結果として、サイクル性能が低下する懸念がある。
【００９４】
換言すれば、正極活物質層２の空隙率Ｐを０．２５〜０．４％の範囲内とすることにより、充放電を繰り返しても出力や最大電池容量等の特性にほとんど変化がないリチウムイオン電池１を得ることができる。空隙率Ｐの典型的な一例は、０．３２％である。
【００９５】
第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４を通過したストリップ２２の先端は、駆動ローラ７６によって巻き取られる。これにより、電極ロール体８０が得られる。
【００９６】
ストリップ２２に塗着された正極活物質層２内では、前記プレス機から電極ロール体８０（又は駆動ローラ７６）に至るまでの間、展延したバインダ１３が冷却されて硬化する。これに伴い、混合粉体に含まれる正極活物質１１及び導電材１２が、正極集電体３となるストリップ２２の端面に強固に結着するとともに、正極活物質１１、１１同士、導電材１２、１２同士、正極活物質１１と導電材１２同士が結着する。これにより、正極活物質層２が堅牢で崩壊し難くなる。
【００９７】
上記したように、本実施の形態によれば、正極活物質層２中のロール成形が施される部位のみに、第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４が接触して熱が伝達される。該部位は、この状態で圧潰される。すなわち、加熱とロール成形が同時に行われるので、正極活物質層２中の第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４によって加圧される部位に含まれるバインダ粉末のみが軟化ないし溶融する。従って、バインダ粉末が広範囲にわたって軟化ないし溶融することが回避される。しかも、この場合、正極活物質層２に付与される熱エネルギが少ない。従って、バインダ粉末が過度に軟化ないし溶融することに起因して過度に展延することも回避される。
【００９８】
以上のような理由から、図５に示すように、正極活物質１１や導電材１２がバインダ１３に覆われることが回避され、このために正極活物質１１、１１同士、導電材１２、１２同士、正極活物質１１と導電材１２、１２同士の接触面積が十分に確保される。これにより、イオンの伝導経路が十分に形成される。なお、図５においては、図８と同様に、正極活物質１１及び導電材１２を、各々の具体例であるコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、カーボン（Ｃ）として示している。また、図５中の「Ｂ」は、バインダ粉末から得られたバインダ１３を表す。
【００９９】
その上、バインダ粉末の配合割合を低減しても、図５から諒解されるように、バインダ１３が正極活物質１１、１１同士、導電材１２、１２同士、正極活物質１１と導電材１２同士の間に介在してこれらを十分に結着させる。このため、バインダ粉末の配合割合を低減しつつ、十分な強度を示す正極活物質層２が得られる。
【０１００】
電極ロール体８０の一部を切り出せば、両端面に正極活物質層２が形成された正極集電体３が得られる。この正極活物質層２を具備するリチウムイオン電池１は、優れた電池特性を示す。上記したように、この正極活物質層２では、正極活物質１１、１１同士、導電材１２、１２同士、正極活物質１１と導電材１２同士の接触面積が十分に確保されており、このためにイオンの伝導経路が十分に形成されているからである。すなわち、本実施の形態によれば、優れた性能を示す電池を簡便且つ容易に得ることができる。
【０１０１】
なお、上記した実施の形態に特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の変更が可能である。
【０１０２】
例えば、図６に示すように、ロール状集電体２８と塗着ブース２４との間に、ロール状集電体２８からストリップ２２を送り出す送り出しローラ８２を設けたり、加熱手段及び加圧手段を兼ねる前記プレス機の下流側に払い出しローラ８４を設けたりして、ストリップ２２を下端面側から支持するようにしてもよい。
【０１０３】
この場合、払い出しローラ８４には正極活物質層２が接触するものの、該正極活物質層２は、前記プレス機を通過し且つその後の冷却によってストリップ２２に堅牢に結着したものである。このため、正極活物質層２がストリップ２２から脱落する懸念が払拭される。又は、ストリップ２２の下端面中、払い出しローラ８４に接触しない部位に正極活物質層２を設けるようにしてもよい。
【０１０４】
また、上記した実施の形態では、第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４に第１ヒータ６６及び第２ヒータ６８を設けるようにしているが、これに代替し、第１ヒートローラ６２及び第２ヒートローラ６４に対して通電加熱を行うようにしてもよい。
【０１０５】
又は、例えば、電磁誘導加熱器や紫外線（ＵＶ）照射器等の内部に１組の成形ローラを設け、誘導加熱やＵＶ照射加熱を行っている最中に前記成形ローラによって正極活物質層２に対する加熱処理及び成形を行うようにしてもよい。
【０１０６】
何れの場合においても、上記の摩擦帯電に代替し、コロナ帯電によって混合粉体（正極活物質１１）を帯電させるようにしてもよい。
【０１０７】
そして、この実施の形態では、正極活物質層２を形成する場合を例示して説明しているが、負極活物質を主体とする混合粉体を用いて上記と同様の作業を行うことにより、負極活物質層４を形成することも可能である。この場合、ストリップ２２として、銅箔からなるものを用いればよい。
【０１０８】
さらに、塗工ガン２６ａ、２６ｂは、複数本の吐出チューブ５４がガン本体５０を基点として放射状に延在する形状のものであってもよい。すなわち、分配部材５６を用いることなく塗工ガン２６ａ、２６ｂを構成することも可能である。
【０１０９】
さらにまた、本発明によって作製される電池は、リチウムイオン電池に特に限定されるものではなく、その他の種類の電池であってもよい。
【符号の説明】
【０１１０】
１…リチウムイオン電池                  ２、４…活物質層
３、５…集電体                          １１…正極活物質
１２…導電材                            １３…バインダ
２０…電池製造装置                      ２２…ストリップ
２４…塗着ブース                        ２６ａ、２６ｂ…塗工ガン
２７…従動ローラ                        ２８…ロール状集電体
３６、３８…側壁                        ５０…ガン本体
５２…供給チューブ                      ５４…吐出チューブ
５８…吐出ノズル                        ６２、６４…ヒートローラ
６６、６８…ヒータ                      ７４…制御回路
７６…駆動ローラ                        ８０…電極ロール体
【図１】
2013131399.tif 000003
【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】
2013131399.tif 000008
【図７】
2013131399.tif 000009
【図８】
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