JP2015187961A - 蓄電デバイスの製造装置および蓄電デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウムイオン電池等の蓄電デバイスの製造コストを低減する。
【解決手段】電極板の製造装置に備わるロールナイフコータＲＣは、第１方向に走行する集電箔ＰＥＰの表面側に配置されたナイフロールＮＲＬと、ナイフロールＮＲＬと対向して集電箔ＰＥＰの裏面側に配置されたバックロールＢＲＬとを有し、さらに、上記第１方向と集電箔ＰＥＰの表面で直交する第２方向に順に配置された、第１液供給部ＬＳ１と、第２液供給部ＬＳ２と、第３液供給部ＬＳ３とを有する。第１液供給部ＬＳ１は絶縁物質を含有する溶液（第１絶縁材料ＩＦ１）を集電箔ＰＥＰの表面に供給し、第２液供給部ＬＳ２は電極材料（正極材料ＰＡＳ）を集電箔ＰＥＰの表面に供給し、第３液供給部ＬＳ３は絶縁物質を含有する溶液（第１絶縁材料ＩＦ１）を集電箔ＰＥＰの表面に供給する。
【選択図】図３

Description

本発明は、蓄電デバイスの製造装置および製造方法に関し、例えば蓄電デバイスの電極材料を塗布する工程に好適に利用できるものである。

本技術分野の背景技術として、特開２００３−０４５４９１号公報（特許文献１）がある。この公報には、正極シート状物送出機構と、正極電極物質塗工機構と、正極電極形成用加熱機構と、電解、絶縁物質塗工機構と、電解、絶縁物形成用加熱機構と、負極シート状物送出機構と、負極電極物質塗工機構と、負極電極形成用加熱機構と、電解、絶縁物質塗工機構と、電解、絶縁物形成用加熱機構と、捲回機構とを備えた二次電池製造装置が記載されている。上記捲回機構は、正極電極物質と電解、絶縁物質とが固着された正極シート状物と負極電極物質と電解、絶縁物質とが固着された負極シート状物を積層して所定の形状に捲回する機構である。

特開２００３−０４５４９１号公報

例えば蓄電デバイスを代表するリチウムイオン電池は、集電用金属箔（以下、集電箔と記す）の表面に正極活物質を含有する正極材料を塗布し、乾燥させた正極板と、集電箔の表面に負極活物質を含有する負極材料を塗布し、乾燥させた負極板と、正極板と負極板との接触を防止するセパレータとを捲回した電極捲回体を備えている。そして、リチウムイオン電池では、この電極捲回体が電池缶に挿入されるとともに、電池缶内に電解質が注入されている。つまり、リチウムイオン電池では、正極板と負極板とが直接接触しないように、セパレータを介して断面渦巻状に捲回されて電極捲回体が形成される。

ところで、集電箔の表面に正極材料または負極材料を塗布すると、塗布した部分の両脇部分（両端部）が山型の様に盛り上がる。この盛り上がり部は、電極捲回体を形成する前に除去されるが、この除去される正極材料および負極材料の盛り上がり部も材料費としてリチウムイオン電池の製造コストに含まれる。そのため、正極材料および負極材料の盛り上がり部を除去することが、リチウムイオン電池の製造コストの低減を困難とする一因となっている。

その他の課題と新規な特徴は、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。

一実施の形態による蓄電デバイスの製造装置は、第１方向に走行する集電箔の表面側に配置されたナイフロールと、ナイフロールと対向して集電箔の裏面側に配置されたバックロールとを有し、さらに、上記第１方向と集電箔の表面で直交する第２方向に順に配置された第１液供給部と、第２液供給部と、第３液供給部とを有する塗工機を備える。第１液供給部は絶縁物質を含有する第１溶液を、第２液供給部は電極材料を、第３液供給部は絶縁物質を含有する第２溶液を、ナイフロールとバックロールとの間の集電箔の表面に同時に供給する。

一実施の形態による蓄電デバイスの製造方法は、第１方向に走行する集電箔の表面に、活物質を含有するスラリー状の電極材料を塗布し、上記第１方向と集電箔の表面で直交する第２方向の電極材料の両側の集電箔の表面に、絶縁物質を含有する溶液を塗布する工程と、電極材料および溶液の上面に、絶縁物質を含有するスラリー状の絶縁材料を塗布する工程とを有する。

一実施の形態によれば、リチウムイオン電池等の蓄電デバイスの製造コストを低減することができる。

本実施の形態におけるリチウムイオン電池の内部構造を示す断面図である。 本実施の形態におけるリチウムイオン電池の電極板の製造装置の概略図である。 本実施の形態におけるリチウムイオン電池の電極板の製造装置に備わる塗工機を説明する図である。（ａ）は塗工機の上面図、（ｂ）は塗工機の断面図（同図（ａ）のＡ−Ａ線の断面図）である。 本実施の形態における集電箔の表面に塗布した正極材料を模式的に示す断面図である。 本実施の形態における集電箔の表面に塗布した正極材料と、その上に塗布したセパレータとなる絶縁材料とを積層した塗膜を模式的に示す断面図である。 本実施の形態におけるリチウムイオン電池の具体的な製造工程をまとめた工程図である。 本発明に先立って、本発明者らが検討したリチウムイオン電池の電極板の製造装置に備わる塗工機を説明する図である。（ａ）は塗工機の上面図、（ｂ）は塗工機の断面図（同図（ａ）のＢ−Ｂ線の断面図）である。 本発明に先立って、本発明者らが検討した集電箔の表面に塗布した電極材料と、その上に塗布したセパレータとなる絶縁材料とを積層した塗膜を模式的に示す断面図である。

以下の実施の形態においては、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す。また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

以下の説明では、正極材料および負極材料を総括して「電極材料」と呼び、乾燥工程後の正極材料からなる膜を「正極膜」、乾燥工程後の負極材料からなる膜を「負極膜」、正極膜および負極膜を総括して「電極膜」と呼ぶ。また、以下の説明では、乾燥工程前の正極材料、負極材料および絶縁材料は、バインダ溶液および有機溶剤などの液体を含み、流動性を有する物質である。また、以下の説明では、正極膜が形成された集電箔を「正極板（正極シートなどとも言う）」、負極膜が形成された集電箔を「負極板（負極シートなどとも言う）」、正極板および負極板を総括して「電極板（電極シートなどとも言う）」と呼ぶ。また、以下の説明で「集電箔の表面」という場合は、集電箔の表側の面および裏側の面を含めた全面ではなく、表側の面のみを指すものとする。また、以下の説明では、集電箔が走行する方向を「第１方向」とし、第１方向と集電箔の表面で直交する方向を「第２方向」とする。

（本発明者らが比較検討を行ったリチウムイオン電池の製造装置および製造方法）
まず、本実施の形態におけるリチウムイオン電池の製造装置および製造方法がより明確となると思われるため、比較例として、本発明者らによって検討された、本発明が適用される前のリチウムイオン電池の製造装置および製造方法について説明する。

図７は、本発明に先立って、本発明者らが検討したリチウムイオン電池の電極板の製造装置に備わる塗工機を説明する図である。図７（ａ）は塗工機の上面図、図７（ｂ）は塗工機の断面図（同図（ａ）のＢ−Ｂ線の断面図）である。

図７（ａ）および（ｂ）に示すように、塗工機であるロールナイフコータＲＣ０は、バックロール（バックアップロールなどとも言う）ＢＲＬと、ナイフロールＮＲＬと、液供給部（液留め、ダムなどとも言う）ＬＳとから構成される。

バックロールＢＲＬおよびナイフロールＮＲＬは、集電箔ＰＥＰが走行する第１方向と集電箔ＰＥＰの表面で直交する第２方向に延長するロールであり、バックロールＢＲＬとナイフロールＮＲＬとは集電箔ＰＥＰを挟んで対向している。また、バックロールＢＲＬは集電箔ＰＥＰを第１方向へ走行させる方向に回転するが、ナイフロールＮＲＬは固定されている。

バックロールＢＲＬと集電箔ＰＥＰとは接しているが、ナイフロールＮＲＬと集電箔ＰＥＰとは接しておらず、ナイフロールＮＲＬと集電箔ＰＥＰとの間に隙間を有するように、バックロールＢＲＬおよびナイフロールＮＲＬは設置されている。すなわち、バックロールＢＲＬとナイフロールＮＲＬとの隙間の間隔により、電極材料ＥＭの厚さが調整される。

液供給部ＬＳは、バックロールＢＲＬとナイフロールＮＲＬとが対向する位置よりも上流側に設置されている。液供給部ＬＳの第２方向の両脇には壁ＷＡが形成されて、液供給部ＬＳに活物質を含有する電極材料ＥＭが溜められている。集電箔ＰＥＰが第１方向へ走行すると、これに伴って、バックロールＢＲＬとナイフロールＮＲＬとが対向する位置へ、液供給部ＬＳから電極材料ＥＭが引き出される。これにより、第１方向に走行する集電箔ＰＥＰの表面に、電極材料ＥＭが塗布される。

図８は、本発明に先立って、本発明者らが検討した集電箔の表面に塗布した電極材料と、その上に塗布したセパレータとなる絶縁材料とを積層した塗膜を模式的に示す断面図である。

図８に示すように、第１方向に走行する集電箔ＰＥＰの表面に、電極材料ＥＭが塗布されて、ほぼ一定の厚さを有する電極材料ＥＭが形成される。しかし、電極材料ＥＭの第１方向と集電箔ＰＥＰの表面で直交する第２方向の両脇部分（両端部）が山型の様に盛り上がる。この電極材料ＥＭの盛り上がり部は、電極材料ＥＭの粘度および表面張力などに起因して生じる。電極材料ＥＭの盛り上がり部の頂点と、電極材料ＥＭの平坦部分との差は、例えば数μｍ程度あるが、電極材料ＥＭの盛り上がり部を残したまま、電極材料ＥＭの上にセパレータとなる絶縁材料ＩＦを塗布すると、電極材料ＥＭの盛り上がり部の頂点から下方へ絶縁材料ＩＦが流れて、電極材料ＥＭの盛り上がり部が露出するという問題がある。

上記問題は、正極材料および負極材料において同様に生じる。そして、正極材料の盛り上がり部を残したままの正極板と、負極材料の盛り上がり部を残したままの負極板とを使用して電極捲回体を形成すると、盛り上がり部が重なり合い隙間が生じて、電池缶内に正極板および負極板を隙間無く挿入することが困難となる。

そこで、正極板および負極板を電池缶内に隙間無く挿入するために、正極板および負極板を所定の帯状の大きさに切断して、正極材料および負極材料の両脇に生じた盛り上がり部を除去した後、電極捲回体が形成されている。すなわち、電極捲回体では、集電箔ＰＥＰの表面に正極材料が均一に塗布された部分の正極板および集電箔ＰＥＰの表面に負極材料が均一に塗布された部分の負極板を使用している。

しかし、正極板および負極板を所定の帯状の大きさに切断して、正極材料および負極材料の盛り上がり部を破棄するため、塗布工程で集電箔ＰＥＰの表面に塗布した正極材料または負極材料の全てを有効に利用することができない。また、破棄される正極材料および負極材料の盛り上がり部もリチウムイオン電池の製造コストに含まれる。そのため、正極材料および負極材料の盛り上がり部を廃棄することが、リチウムイオン電池の製造コストの低減を困難とする一因となっている。なお、電極捲回体タイプのリチウムイオン電池に限らず、例えばラミネートタイプのリチウムイオン電池においても、同様の課題を有している。

（実施の形態）
本実施の形態では、蓄電デバイスである二次電池としてリチウムイオン電池を例示し、その製造装置およびその製造方法について説明する。リチウムイオン電池は、非水電解質二次電池の一種で、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担う二次電池である。

正極には、例えばリチウム含有複合酸化物を用い、負極には、例えば炭素質材料を用いる。電解質には、例えば炭酸エチレンなどの有機溶剤またはヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）などのリチウム塩からなる電解液を用いる。リチウムイオン電池内では、充電時にリチウムイオンは正極から出て負極に入り、放電時に逆にリチウムイオンは負極から出て正極に入る。

≪リチウムイオン電池の構造≫
本実施の形態におけるリチウムイオン電池の内部構造を図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態におけるリチウムイオン電池の内部構造を示す断面図である。

図１に示すように、リチウムイオン電池は、例えば集電箔（例えばＡｌ（アルミニウム）箔）の表面に正極用の電極膜（正極膜）を形成した正極板ＰＥと、集電箔（例えばＣｕ（銅）箔）の表面に負極用の電極膜（負極膜）を形成した負極板ＮＥとを有する。そして、正極板ＰＥと、負極板ＮＥと、正極板ＰＥと負極板ＮＥとの接触を防止するポリマフィルムなどのセパレータＳＰとを捲回した電極捲回体が、円筒形の電池缶（外装缶、容器などとも言う）ＣＯ内に組み込まれている。つまり、リチウムイオン電池では、集電箔の表面に正極膜を形成した正極板ＰＥと、集電箔の表面に負極膜を形成した負極板ＮＥとが帯状に形成され、帯状に形成された正極板ＰＥと負極板ＮＥとが、正極膜と負極膜とが直接接触しないように、セパレータＳＰを介して断面渦巻状に捲回されて電極捲回体が形成されている。

そして、リチウムイオン電池では、この電極捲回体が電池缶ＣＯに挿入されるとともに、電池缶ＣＯ内に電解質が充填されている。電池缶ＣＯの一端は正極端子ＰＥＴにより封止され、他端は負極端子ＮＥＴにより封止されている。正極板ＰＥは、金属膜からなる正極リードＰＥＬを介してガス排出構造を有する正極端子ＰＥＴに電気的に接続されており、負極板ＮＥ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ＮＥＴに電気的に接続されている。

≪リチウムイオン電池の電極シートの製造方法≫
本実施の形態におけるリチウムイオン電池の電極板の製造方法を図２〜図５を用いて説明する。図２は、本実施の形態におけるリチウムイオン電池の電極板の製造装置の概略図である。図３は、本実施の形態におけるリチウムイオン電池の電極板の製造装置に備わる塗工機を説明する図であり、図３（ａ）は塗工機の上面図、図３（ｂ）は塗工機の断面図（同図（ａ）のＡ−Ａ線の断面図）である。図４は、本実施の形態における集電箔の表面に塗布した正極材料を模式的に示す断面図である。図５は、本実施の形態における集電箔の表面に塗布した正極材料と、その上に塗布したセパレータとなる絶縁材料とを積層した塗膜を模式的に示す断面図である。

本実施の形態では、第１方向に走行する集電箔の表面に１列に形成される正極膜の製造方法を例示する。また、本実施の形態では、正極板の片面の製造方法を例示するが、負極板の片面の製造方法も同様である。

図２に示すように、リチウムイオン電池の電極板の製造装置Ｍ１においては、集電箔（金属箔、電極板、基材、基板、シート状物などとも言う）ＰＥＰは、巻き出しロールＳＬ１から送り出され、複数のローラによって巻き取りロールＳＬ２へ搬送される。そして、巻き出しロールＳＬ１から巻き取りロールＳＬ２に向かって、ロールナイフコータＲＣ、スリットコータ（スリットダイコータなどとも言う）ＤＣおよび乾燥室（乾燥炉、乾燥機構などとも言う）ＤＲＹが順に設置されている。

１．第１塗布工程（正極材料および第１絶縁材料塗布工程）
まず、図２に示すように、巻き出しロールＳＬ１から送り出され、第１方向に走行する集電箔ＰＥＰの表面に、正極材料ＰＡＳと第１絶縁材料ＩＦ１とが同時にロールナイフコータＲＣを用いて塗布される。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、塗工機であるロールナイフコータＲＣは、バックロールＢＲＬと、ナイフロールＮＲＬと、第１液供給部ＬＳ１と、第２液供給部ＬＳ２と、第３液供給部ＬＳ３とから構成される。

バックロールＢＲＬとナイフロールＮＲＬとは、第１方向に走行する集電箔ＰＥＰを挟んで対向している。バックロールＢＲＬの第１方向と集電箔ＰＥＰの表面で直交する第２方向の長さは集電箔ＰＥＰの第２方向の幅よりも長く、バックロールＢＲＬの第１方向に沿った断面は円形である。また、バックロールＢＲＬは、回転機能を有しており、第１方向に沿った断面の中心を軸として集電箔ＰＥＰを第１方向へ走行させるように回転する。バックロールＢＲＬと同様に、ナイフロールＮＲＬの第２方向の長さは集電箔ＰＥＰの第２方向の幅よりも長い。しかし、ナイフロールＮＲＬの第１方向に沿った断面は略円形であるが、バックロールＢＲＬと異なり、ナイフロールＮＲＬは、正極材料ＰＡＳおよび第１絶縁材料ＩＦ１の厚さを調整するため、これらを掻き落とす部位を第２方向に沿って有している。また、ナイフロールＮＲＬは、固定されている。

バックロールＢＲＬと集電箔ＰＥＰとは接しているが、ナイフロールＮＲＬと集電箔ＰＥＰとは接しておらず、ナイフロールＮＲＬと集電箔ＰＥＰとの間に隙間を有するように、バックロールＢＲＬとナイフロールＮＲＬとは設置されている。すなわち、バックロールＢＲＬとナイフロールＮＲＬとの隙間の間隔により、正極材料ＰＡＳおよび第１絶縁材料ＩＦ１の厚さが調整される。バックロールＢＲＬとナイフロールＮＲＬとの間隔は、例えば５０μｍ〜２００μｍ程度である。

第１液供給部ＬＳ１、第２液供給部ＬＳ２および第３液供給部ＬＳ３は、バックロールＢＲＬとナイフロールＮＲＬとが対向する位置よりも上流側に、第２方向に順に並んで設置されている。言い換えれば、第２液供給部ＬＳ２を第２方向に挟んで、第１液供給部ＬＳ１と第３液供給部ＬＳ３とが設置されている。

第１液供給部ＬＳ１および第３液供給部ＬＳ３は、第１絶縁材料ＩＦ１を溜めるダムであり、第２液供給部ＬＳ２は、正極材料ＰＡＳを溜めるダムである。正極材料ＰＡＳは、充放電によりリチウムイオンの放出・吸蔵が可能な正極活物質の粉末と導電助剤の粉末とを、これら粉末を結着させるためのバインダおよび溶剤などと混練、分散した高粘度のスラリー状の液体である。また、第１絶縁材料ＩＦ１は、絶縁物質を含有する溶液である。第１絶縁材料ＩＦ１に、後述するセパレータとなる第２絶縁材料ＩＦ２と同じ材料を用いてもよい。

集電箔ＰＥＰが第１方向へ走行すると、バックロールＢＲＬを通過する集電箔ＰＥＰがバックロールＢＲＬとナイフロールＮＲＬとが対向する位置へ、第２液供給部ＬＳ２から正極材料ＰＡＳを引き出し、第１液供給部ＬＳ１および第３液供給部ＬＳ３からそれぞれ第１絶縁材料ＩＦ１を引き出す。そして、ナイフロールＮＲＬで目標量以上の余分な正極材料ＰＡＳおよび第１絶縁材料ＩＦ１を掻き落とす。これにより、第１方向に走行する集電箔ＰＥＰの表面に、正極材料ＰＡＳが塗布され、同時に、第１方向に走行する集電箔ＰＥＰの表面に、正極材料ＰＡＳを第２方向に挟むように、正極材料ＰＡＳの第２方向の両側に第１絶縁材料ＩＦ１が塗布される。言い換えれば、正極材料ＰＡＳが、第１方向に走行する集電箔ＰＥＰの表面に塗布されると同時に、第１絶縁材料ＩＦ１が、正極材料ＰＡＳの第２方向の両側面に接液して、正極材料ＰＡＳの第２方向の外側の集電箔ＰＥＰの表面に塗布される。

第１液供給部ＬＳ１、第２液供給部ＬＳ２および第３液供給部ＬＳ３のそれぞれの第２方向の両脇には壁ＷＡが設けられており、第１液供給部ＬＳ１の第１絶縁材料ＩＦ１と第２液供給部ＬＳ２の正極材料ＰＡＳ、および第３液供給部ＬＳ３の第１絶縁材料ＩＦ１と第２液供給部ＬＳ２の正極材料ＰＡＳとが混ざり合わないように仕切られている。

ところで、正極材料ＰＡＳはスラリー状の液体であるため、バックロールＢＲＬとナイフロールＮＲＬとの隙間を通過する際に広がり、集電箔ＰＥＰの表面に塗布された正極材料ＰＡＳの第２方向の幅Ｗ１は、第２液供給部の液供給口の第２方向の幅Ｗ２よりも大きくなる。バックロールＢＲＬとナイフロールＮＲＬとの隙間を通過する際の正極材料ＰＡＳの広がりは、バックロールＢＲＬとナイフロールＮＲＬとの隙間の間隔、正極材料ＰＡＳの粘度および集電箔ＰＥＰの搬送速度などによって変化するため、一定の広がりではない。

そのため、第１液供給部ＬＳ１と第２液供給部ＬＳ２との間および第３液供給部ＬＳ３と第２液供給部ＬＳ２との間にそれぞれ設けられた壁ＷＡの幅が薄すぎると、バックロールＢＲＬとナイフロールＮＲＬとの隙間を正極材料ＰＡＳおよび第１絶縁材料ＩＦ１が通過する際に、両者が混ざり合ってしまう。一方、第１液供給部ＬＳ１と第２液供給部ＬＳ２との間および第３液供給部ＬＳ３と第２液供給部ＬＳ２との間にそれぞれ設けられた壁ＷＡの幅が厚すぎると、バックロールＢＲＬとナイフロールＮＲＬとの隙間を正極材料ＰＡＳおよび第１絶縁材料ＩＦ１が通過する際に両者が接液せず、正極材料ＰＡＳの両脇部分（両端部）が山型の様に盛り上がってしまう。

従って、第１液供給部ＬＳ１、第２液供給部ＬＳ２および第３液供給部ＬＳ３のそれぞれの第２方向の両脇に形成された壁ＷＡは、最適な幅を有することが好ましい。そこで、ロールナイフコータＲＣには、壁ＷＡの幅を塗工条件に合わせて調整することのできる機構が備わっており、壁ＷＡの幅を調整することにより、正極材料ＰＡＳと第１絶縁材料ＩＦ１とが混ざり合うことなく、正極材料ＰＡＳと第１絶縁材料ＩＦ１とを接液させている。

図４に、正極材料ＰＡＳおよび第１絶縁材料ＩＦ１が塗布された集電箔ＰＥＰの第２方向の断面図を示す。

図４に示すように、集電箔ＰＥＰの表面に塗布された正極材料ＰＡＳの厚さは、ほぼ一定となる。これに対して、集電箔ＰＥＰの表面に、正極材料ＰＡＳを第２方向に挟むように塗布された第１絶縁材料ＩＦ１には、山型の様な盛り上がりが生じる。この盛り上がり部は、第１絶縁材料ＩＦ１の粘度および表面張力などに起因して生じる。しかし、第１絶縁材料ＩＦ１が塗布された領域は、正極板が完成した後に切断される領域であり、この盛り上がり部は、後に破棄される。

２．第２塗布工程（第２絶縁材料（セパレータ材料）塗布工程）
次に、図２に示すように、第１方向に走行する集電箔ＰＥＰの表面に、スリットコータＤＣから供給されるスラリー状の第２絶縁材料ＩＦ２が塗布される。

第２絶縁材料ＩＦ２は、集電箔ＰＥＰが走行する第１方向に沿って第１絶縁材料ＩＦ１および正極材料ＰＡＳの上面に塗布される。第２絶縁材料ＩＦ２の厚さは、例えば１０μｍ〜４０μｍ程度である。第２絶縁材料ＩＦ２の厚さは、例えばスリットダイコータＤＣの口金の高さ調整および第２絶縁材料ＩＦ２の送量などによって調整することができる。

図５に、正極材料ＰＡＳおよび第１絶縁材料ＩＦ１の上面に第２絶縁材料ＩＦ２が塗布された集電箔ＰＥＰの第２方向の断面図を示す。

図５に示すように、集電箔ＰＥＰの表面に塗布された正極材料ＰＡＳの上面はほぼ平坦な面であるため、この正極材料ＰＡＳの上面に塗布された第２絶縁材料ＩＦ２の厚さはほぼ一定となる。これに対して、集電箔ＰＥＰの表面に、正極材料ＰＡＳを第２方向に挟むように塗布された第１絶縁材料ＩＦ１には、山型の様な盛り上がり部が形成されている。このため、第１絶縁材料ＩＦ１の盛り上がり部の上面に塗布された第２絶縁材料ＩＦ２は、第１絶縁材料ＩＦ１の平坦部分の上面に塗布された第２絶縁材料ＩＦ２の厚さよりも薄くなり、第１絶縁材料ＩＦ１の盛り上がり部が露出する。しかし、第１絶縁材料ＩＦ１が塗布された領域は、正極板が完成した後に切断される領域であり、この盛り上がり部は後に破棄されるので、第１絶縁材料ＩＦ１が盛り上がっていても問題はない。

また、切断され、盛り上がり部が破棄される第１絶縁材料ＩＦ１が含有する絶縁物質の価格は、正極材料ＰＡＳが含有する正極活物質の価格よりも安価である。そのため、正極材料ＰＡＳの一部の破棄に代えて、第１絶縁材料ＩＦ１の一部を破棄することにより、リチウムイオン電池の製造コストの低減を図ることができる。

３．乾燥工程
次に、図２に示すように、乾燥室ＤＲＹを通過することで、集電箔ＰＥＰの表面に塗布した正極材料ＰＡＳおよび第１絶縁材料ＩＦ１と、これらの上面に塗布した第２絶縁材料ＩＦ２とを積層した塗膜の全体が乾燥し、その表面に正極材料ＰＡＳからなる正極膜および第２絶縁材料ＩＦ２からなるセパレータが形成された集電箔ＰＥＰが巻き取りロールＳＬ２に巻き取られる。

≪リチウムイオン電池の具体的な製造工程≫
本実施の形態によるリチウムイオン電池の具体的な製造工程を図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態におけるリチウムイオン電池の具体的な製造工程をまとめた工程図である。

図６に示すように、リチウムイオン電池の製造工程は、正極板製造工程と、負極板製造工程と、電池セル組立工程と、電池モジュール組立工程とを含んでいる。

正極板製造工程では、まず、第１方向に走行するフィルム状の集電箔の表面に、スラリー状の正極活物質を含有する正極材料を塗布し、同時に、第１方向に走行するフィルム状の集電箔の表面に、正極材料を第１方向と集電箔の表面で直交する第２方向に挟むように、スラリー状の絶縁物質を含有する第１絶縁材料を塗布する（正極材料および第１絶縁材料塗布工程）。正極材料および第１絶縁材料はそれぞれ原料となる各種材料を混連および調合することにより作製される。例えば前記図４に示したように、第１絶縁材料には山型の盛り上がり部が形成されるが、正極材料の厚さはほぼ一定となる。

続いて、フィルム状の集電箔の表面に塗布した正極材料および第１絶縁材料の上面に、セパレータとなるスラリー状の第２絶縁材料を塗布する（セパレータ材料塗布工程）。第２絶縁材料は原料となる各種材料を混連および調合することにより作製される。例えば前記図５に示したように、第１絶縁材料の盛り上がり部では第２絶縁材料の厚さが薄くなり、第１絶縁材料の上面が露出することがあるが、正極材料の上面には均一な厚さの第２絶縁材料が塗布されて、第１絶縁材料の上面は露出しない。

続いて、フィルム状の集電箔の表面に塗布した正極材料および第１絶縁材料と、これらの上面に塗布した第２絶縁材料とを積層した塗膜の全体を乾燥させた後（乾燥工程）、この塗膜が形成された集電箔に圧縮および切断といった加工を行う（加工工程）。これにより、フィルム状の集電箔の表面に、正極材料からなる正極膜および第１絶縁材料からなる絶縁膜と、これらの上面に形成された第２絶縁材料からなるセパレータとが積層されたフィルム状の正極板が製造される。ここで、上記塗膜が形成された集電箔を切断する際には、第１絶縁材料からなる絶縁膜が形成された領域が切断されて、絶縁膜の盛り上がり部（例えば前記図５に示した第１絶縁材料ＩＦ１の盛り上がり部）が除去される。これにより、正極板および絶縁膜（除去さずに残存した一部の絶縁膜）と、これらの上面に形成されたセパレータとから構成される均一な厚さの正極板が製造される。

一方、負極板製造工程では、使用される原料となる各種材料は正極板製造工程とは異なるが、負極板が製造されるまでの手順は正極板製造工程と同じである。まず、第１方向に走行するフィルム状の集電箔の表面に、スラリー状の負極活物質を含有する負極材料を塗布し、同時に、第１方向に走行するフィルム状の集電箔の表面に、負極材料を第１方向と集電箔の表面で直交する第２方向に挟むように、スラリー状の絶縁物質を含有する第１絶縁材料を塗布する（負極材料および第１絶縁材料塗布工程）。負極材料および第１絶縁材料はそれぞれ原料となる各種材料を混連および調合することにより作製される。例えば前記図４に示したように、第１絶縁材料には山型の盛り上がり部が形成されるが、負極材料の厚さはほぼ一定となる。

続いて、フィルム状の集電箔の表面に塗布した負極材料および第１絶縁材料の上面に、セパレータとなるスラリー状の第２絶縁材料を塗布する（セパレータ材料塗布工程）。第２絶縁材料は原料となる各種材料を混連および調合することにより作製される。例えば前記図５に示したように、第１絶縁材料の盛り上がり部では第２絶縁材料の厚さが薄くなり、第１絶縁材料の上面が露出することがあるが、負極材料の上面には均一な厚さの第２絶縁材料が塗布されて、第１絶縁材料の上面は露出しない。

続いて、フィルム状の集電箔の表面に塗布した負極材料および第１絶縁材料と、これらの上面に塗布した第２絶縁材料とを積層した塗膜の全体を乾燥させた後（乾燥工程）、この塗膜が形成された集電箔に圧縮および切断といった加工を行う（加工工程）。これにより、フィルム状の集電箔の表面に、負極材料からなる負極膜および第１絶縁材料からなる絶縁膜と、これらの上面に形成された第２絶縁材料からなるセパレータとが積層されたフィルム状の負極板が製造される。ここで、上記塗膜が形成された集電箔を切断する際には、第１絶縁材料からなる絶縁膜が形成された領域が切断されて、絶縁膜の盛り上がり部（例えば前記図５に示した第１絶縁材料ＩＦ１の盛り上がり部）が除去される。これにより、負極板および絶縁膜（除去さずに残存した一部の絶縁膜）と、これらの上面に形成されたセパレータとから構成される均一な厚さの負極板が製造される。

次に、電池セル組立工程では、フィルム状の正極板から、電池セルに必要な大きさの正極を切り出し、フィルム状の負極板から、電池セルに必要な大きさの負極を切り出し、正極と負極とを挟んで重ねて捲き合わせることにより、電極捲回体（捲き合わせた正極および負極の電極対の群）を形成する（捲回工程）。正極板および負極板には、すでにセパレータが形成されているので、この捲回工程では、正極と負極との間にセパレータを挟んで重ねて捲き合わせる必要がなく、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。また、正極板および負極板の厚さはほぼ均一であるので、正極と負極とを隙間なく捲き合わせることができる。

次に、電極捲回体を組み立てて溶接する（溶接・組立工程）。続いて、溶接した電極捲回体を、電解液が注入された電池缶内に配置した後（注液工程）、電池缶を完全に密閉して（封口工程）、電池セルを作製する。電極捲回体では、正極と負極とが隙間なく捲き合わせてあるので、電池缶内に電極捲回体を容易に隙間なく挿入することができる。

次に、作製された電池セルを繰り返し充放電して（充放電工程）、この電池セルの性能および信頼性に関する検査（例えば電池セルの容量および電圧、並びに電池セルの充電時または放電時の電流および電圧等の検査）を行う（単電池検査工程）。これにより、電池セルが完成し、電池セル組立工程が終了する。

次に、電池モジュール組立工程では、複数個の電池セルを直列に組み合わせて電池モジュールを構成し、さらに、充電／放電制御用コントローラを接続して電池システムを構成する（モジュール組立工程）。続いて、組み立てられた電池モジュールの性能および信頼性に関する検査（例えば電池モジュールの容量および電圧、並びに電池モジュールの充電時または放電時の電流および電圧等の検査）を行う（モジュール検査工程）。これにより、電池モジュールが完成し、電池モジュール組立工程が終了する。

≪リチウムイオン電池の各材料≫
本実施の形態におけるリチウムイオン電池を構成する各材料、およびリチウムイオン電池を製造する際に用いる各材料について詳しく説明する。

本実施の形態で用いる正極活物質には、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）および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ものではない。

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、これを含む正極シートを形成することで、安全性の高いリチウムイオン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Ｌｉ_１＋ｘＭＯ_２（−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、ＬｉＣｏＯ_２またはＬｉＮｉ_１−ｘＣｏ_ｘ−ｙＡｌ_ｙＯ_２（０．１≦ｘ≦０．３、０．０１≦ｙ≦０．２）などを用いることができる。また、層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物には、少なくともＮｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）およびＭｎ（マンガン）を含む酸化物（ＬｉＭｎ_１／３Ｎｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｏ_２、ＬｉＭｎ_５／１２Ｎｉ_５／１２Ｃｏ_１／６Ｏ_２、ＬｉＮｉ_３／５Ｍｎ_１／５Ｃｏ_１／５Ｏ_２など）などを用いることができる。

本実施の形態で用いる負極活物質には、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。

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Ｓｉ（ケイ素）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酸化物などの酸化物系材料も用いることも可能である。

本実施の形態で用いる導電助剤は、正極膜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、ケッチェンブラック、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、および塗布用正極合剤スラリの製造性の点から、アセチレンブラックまたはケッチェンブラックが特に好ましい。導電助剤は負極膜に含有させることも可能であり、好ましい場合もある。

本実施の形態で用いるバインダは、活物質および導電助剤を結着するためのバインダも含有していることが好ましい。バインダとしては、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。

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。

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。

電極膜中におけるバインダの含有量は、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。バインダの含有量が少な過ぎると、乾燥工程における固化が不十分となるばかりでなく、乾燥後の電極膜の機械的強度が不足し、電極膜が集電箔から剥離するおそれがある。また、バインダの含有量が多過ぎると、電極膜中の活物質量が減少して、電池容量が低くなるおそれがある。

本実施の形態で用いる絶縁材料には、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）またはＳｉＯ_２（シリカ）などの無機酸化物を用いることができる。また、ポリプロピレンまたはポリエチレンの微粒子を混同したスラリを用いてもよく、これを用いることで、シャットダウン性を持たせることができる。また、絶縁材料に用いた無機酸化物粒子を結着させるために、バインダとして樹脂を用いる。バインダには、電極膜に用いられるバインダが好適に用いられる。

本実施の形態で用いる集電箔は、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。集電箔の厚さとしては、例えば５μｍ〜３０μｍ、より好ましくは８μｍ〜１６μｍが選択される。また、集電箔の一方の面（表面）に形成される電極膜の厚さは、乾燥後の厚さで、例えば５０μｍ〜２００μｍ程度である。

なお、本実施の形態におけるリチウムイオン電池は、前述した方法で製造される正極および負極を含むこと以外は、従来のリチウムイオン電池と同様に製造することができる。電池缶の構造またはサイズ、あるいは正極および負極を主構成要素とする電極体の構造等について、特に制限はない。

このように、本実施の形態によれば、集電箔ＰＥＰの表面に、電極材料（正極材料および負極材料）を第２方向に挟むように塗布された第１絶縁材料ＩＦ１には、山型の様な盛り上がり部が形成されるが、集電箔ＰＥＰの表面に塗布された電極材料の上面はほぼ平坦となる。従って、第１絶縁材料ＩＦ１の盛り上がり部が形成された領域を電極板（正極板および負極板）が完成した後に切断して、削除することにより、電極膜（正極膜および負極膜）および絶縁膜（除去されずに残存した一部の絶縁膜）と、これらの上面に形成されたセパレータとから構成される均一な厚さの電極板（正極板および負極板）が製造される。これにより、正極と負極とを隙間なく捲き合わせることができ、さらに、電池缶内に電極捲回体を容易に隙間なく挿入することができる。

また、切断され、盛り上がり部が破棄される第１絶縁材料ＩＦ１が含有する絶縁物質の価格は、電極材料（正極材料および負極材料）が含有する活物質の価格よりも安価である。そのため、電極材料（正極材料および負極材料）の一部の破棄に代えて、第１絶縁材料ＩＦ１の一部を破棄することにより、リチウムイオン電池の製造コストの低減を図ることができる。

以上、本発明者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。

前記実施の形態では、蓄電デバイスである二次電池としてリチウムイオン電池を例示し、その製造装置およびその製造方法について説明したが、これに限定されるものではない。

ＢＲＬ バックロール
ＣＯ 電池缶
ＤＣ スリットコータ
ＤＲＹ 乾燥室
ＥＭ 電極材料
ＩＦ 絶縁材料
ＩＦ１ 第１絶縁材料
ＩＦ２ 第２絶縁材料
ＬＳ 液供給部
ＬＳ１ 第１液供給部
ＬＳ２ 第２液供給部
ＬＳ３ 第３液供給部
Ｍ１ 電極板の製造装置
ＮＥ 負極板
ＮＥＴ 負極端子
ＮＲＬ ナイフロール
ＰＡＳ 正極材料
ＰＥ 正極板
ＰＥＬ 正極リード
ＰＥＰ 集電箔
ＰＥＴ 正極端子
ＲＣ ロールナイフコータ
ＲＣ０ ロールナイフコータ
ＳＬ１ 巻き出しロール
ＳＬ２ 巻き取りロール
ＳＰ セパレータ
ＷＡ 壁

Claims (11)

1. 集電箔を第１方向に搬送する搬送機構と、
   前記集電箔の表面に、活物質を含有するスラリー状の電極材料を塗布する第１塗工機構と、
   を備え、
   前記第１塗工機構は、
   前記集電箔の表面側に配置された第１ロールと、
   前記第１ロールと対向し、前記集電箔の裏面側に配置された第２ロールと、
   前記第１ロールと前記第２ロールとの間の前記集電箔の表面に、絶縁物質を含有する第１溶液を供給する第１液供給部と、
   前記第１ロールと前記第２ロールとの間の前記集電箔の表面に、前記電極材料を供給する第２液供給部と、
   前記第１ロールと前記第２ロールとの間の前記集電箔の表面に、絶縁物質を含有する第２溶液を供給する第３液供給部と、
   を備え、
   前記第１方向と前記集電箔の表面で直交する第２方向に、前記第２液供給部を挟んで前記第１液供給部と前記第３液供給部とが配置されている、蓄電デバイスの製造装置。
2. 請求項１記載の蓄電デバイスの製造装置において、
   前記第１液供給部と前記第２液供給部との間、および前記第２液供給部と前記第３液供給部との間にそれぞれ壁が設置されており、前記壁の前記第２方向の厚さが調整できる、蓄電デバイスの製造装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の蓄電デバイスの製造装置において、
   前記第１溶液、前記電極材料および前記第２溶液は、同時に前記第１ロールと前記第２ロールとの間の前記集電箔の表面に供給される、蓄電デバイスの製造装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの製造装置において、
   前記第１ロールと前記第２ロールとの間隔は、５０μｍから２００μｍである、蓄電デバイスの製造装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの製造装置において、
   前記第１ロールは、固定され、
   前記第２ロールは、前記集電箔を前記第１方向へ走行させる回転機能を有する、蓄電デバイスの製造装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの製造装置において、
   前記第１溶液、前記電極材料および前記第２溶液の上面に、絶縁物質を含有するスラリー状の絶縁材料を塗布する第２塗工機構
   をさらに備える、蓄電デバイスの製造装置。
7. 請求項６記載の蓄電デバイスの製造装置において、
   前記第１溶液、前記電極材料、前記第２溶液および前記絶縁材料を乾燥する乾燥機構、
   をさらに備える、蓄電デバイスの製造装置。
8. （ａ）第１方向に走行する集電箔の表面に、活物質を含有するスラリー状の電極材料を塗布し、前記第１方向と前記集電箔の表面で直交する第２方向の前記電極材料の両側の前記集電箔の表面に、絶縁物質を含有する溶液を塗布する工程、
   （ｂ）前記（ａ）工程の後、前記電極材料および前記溶液の上面に、絶縁物質を含有するスラリー状の絶縁材料を塗布する工程、
   （ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記電極材料、前記溶液および前記絶縁材料を乾燥させる工程、
   を有する、蓄電デバイスの製造方法。
9. 請求項８記載の蓄電デバイスの製造方法において、
   前記電極材料および前記溶液は、同時に前記集電箔の表面に塗布される、蓄電デバイスの製造方法。
10. 請求項８または請求項９に記載の蓄電デバイスの製造方法において、
    前記集電箔の表面において、前記電極材料と前記溶液とは接している、蓄電デバイスの製造方法。
11. 請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの製造方法において、
    前記電極材料の上面は平坦である、蓄電デバイスの製造方法。

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