電極の製造装置、製造方法及び電極並びに当該電極を用いたリチウムイオン電池
【課題】電極中で金属異物粒子の位置を制御し得る電極製造装置を提供する。
【解決手段】板状の集電体（１４）を移動させる集電体搬送手段（１１、１２、１３）と、活物質スラリーを集電体（１４）の一方の面に塗布して活物質層を形成することにより電極を形成する電極形成手段（８）と、活物質スラリーの塗布されている集電体（１４）の他方の面の側から集電体（１４）に塗布されている活物質スラリー（１５）に磁場を印加する磁場発生手段（２１）とを含む。
【解決手段】板状の集電体（１４）を移動させる集電体搬送手段（１１、１２、１３）と、活物質スラリーを集電体（１４）の一方の面に塗布して活物質層を形成することにより電極を形成する電極形成手段（８）と、活物質スラリーの塗布されている集電体（１４）の他方の面の側から集電体（１４）に塗布されている活物質スラリー（１５）に磁場を印加する磁場発生手段（２１）とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電極の製造装置、製造方法及び電極並びに当該電極を用いたリチウムイオン電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
活物質材料にコンタミネーション（汚染物質）としての金属等の異物（以下「金属異物」という。）粒子が含まれていたり、電極を作成する工程で発塵した金属異物粒子が活物質に混入すると自己放電により電池性能が低下する。このため、活物質材料と溶剤とで活物質スラリーを形成する前に活物質材料の搬送配管を磁性材料で形成し、活物質材料に含まれる金属異物粒子を除去するものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２４３９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、金属異物粒子が小さいと金属異物粒子の磁化量も小さいため、金属異物粒子が搬送配管に安定して吸着されず金属異物粒子が依然として活物質材料内に残ってしまう恐れがある。従って、電池を作成した時に金属異物粒子がセパレータ表面の局部に析出・成長し内部短絡する恐れがある。
【０００５】
そこで本発明は、金属異物粒子をあえて除去するのではなく、電極中で金属異物粒子の位置を制御し得る電極製造装置や電極製造方法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】
本発明は、集電体を移動させる集電体搬送手段と、活物質スラリーを前記集電体の一方の面に塗布して活物質層を形成することにより電極を形成する電極形成手段と、活物質スラリーの塗布されている集電体の他方の面の側から集電体に塗布されている活物質スラリーに磁場を印加する磁場発生手段とを含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、集電体の一方の面に塗布された活物質スラリー中の金属異物粒子が磁場によって集電体の側に引き寄せられることから、金属異物粒子を集電体側に選択的に配置することができる。よって、電池を製造した場合、金属異物粒子はセパレータとの距離が遠い位置に存在するので、電池製造後の充放電により金属異物粒子が金属イオンへと変化し、この金属イオンがセパレータ側（集電体と反対側）へと移動する過程において、金属異物粒子がセパレータに近い位置に存在する場合よりも大きく拡散する。この拡散の程度の違いにより、内部短絡を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態の電極製造装置の概略構成図である。
【図２】同電極製造装置の一部概略斜視図である。
【図３】バックアップロール部の拡大斜視図である。
【図４】従来の電極製造装置により製造した電極を用いたセルの断面図である。
【図５】本発明の電極製造装置により製造した電極を用いたセルの断面図である。
【図６】磁気力が塗膜内の状態に与える影響を説明するための状態図である。
【図７】永久磁石を通過する前と通過した後の塗膜内の状態を示す状態図である。
【図８】第２実施形態の電極製造装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は本発明の一実施形態の電極製造装置の概略構成図、図２は電極製造装置の一部概略斜視図、図３はバックアップロール部の拡大斜視図である。ただし、図２では集電体１４の一部しか示していない。図３では集電体１４を取り去った状態を示している。
【００１０】
図１に示したように、粉体状の正極活物質材料２はホッパー３に供給される。ホッパー３内の正極活物質材料２は図示しない搬送手段によりミキサー４に供給される。ミキサー４は、粉体状の正極活物質材料２及び溶剤を分散攪拌し、スラリー５を作るものである。ミキサー４で作られる正極活物質材料２と溶剤の混合物であるスラリー５を以下「活物質スラリー」という。
【００１１】
電極形成手段は、集電体１４に活物質スラリーを塗布する塗工手段と、塗布した活物質を乾燥させる電極乾燥手段とを含んでいる。活物質スラリー５はポンプ７などのスラリー搬送手段を駆動することで、搬送配管６を介して塗工手段としてのダイコータ８に供給される。図１〜図３にはダイコータ８のダイヘッド９しか図示していないが、ダイコータ８はダイヘッド９から塗工液としての活物質スラリー５を押し出して、フィルム状（板状）の正極集電体（以下単に「集電体」ともいう。）１４に塗布するものである。すなわち、バックアップロール１２の周面に巻き掛けられている集電体１４に対して、ダイヘッド９の先端が近接して設けられている。ダイヘッド９先端には水平方向にスリット９ａが形成され、このスリット９ａから集電体１４に向けて活物質スラリー５を供給し、集電体１４上に活物質スラリー５を塗布する。バックアップロール１２は一定速度で一方向（図では時計方向）に回転するため、集電体１４上には所定厚さの活物質スラリー５が塗布されることとなる。集電体１４上に塗布される活物質スラリー５を以下「塗膜」ともいう。
【００１２】
塗工手段は図１〜図３に示すものに限られない。例えば、図８は第２実施形態の電極の製造装置の概略構成図で、第１実施形態の図１と置き換わるものである。
【００１３】
第２実施形態は、塗工手段としてグラビア胴版を用いるものである。すなわち、図８においてバックアップロール１２の真下から円筒状または円柱状のグラビアロール５１の周面が、バックアップロール１２の周面に巻き掛けられている集電体１４に近接して設けられている。グラビアロール５１の軸がバックアップロール１２の軸と平行となるようにしている。
【００１４】
また、活物質スラリー５がポンプ７により搬送配管６を介して漕５２内に所定高さまで供給され、この漕５２内の活物質スラリー５の液中にグラビアロール５１の下方が浸かるようにしている。このため、バックアップロール１２を時計方向に回転させつつグラビアロール５１を反時計方向に回転させると、グラビアロール５１の周面に活物質スラリー５が付着したまま巻き上がることとなり、グラビアロール５１がバックアップロール１２と対向している部分で活物質スラリー５が集電体１４に所定厚さで塗布（転写）されることとなる。
【００１５】
集電体１４上に塗布された活物質スラリー５は乾燥後に正極活物質層を形成する。このようにして、塗膜の乾燥後には、集電体１４と、乾燥後の塗膜１５（つまり正極活物質層）とからプラスの電極が形成される。
【００１６】
集電体搬送手段は、図１、図８に示したように送りロール１１、バックアップロール１２、巻き取りロール１３からなる。図８ではアイドラー５３を追加している。水平方向にかつ軸が平行となるように配置される送りロール１１、バックアップロール１２、巻き取りロール１３（及びアイドラー５３）は全て円筒状または円柱状であり、これらロール１１〜１３、アイドラー５３には、所定幅の集電体１４が巻き掛けられている。巻き取りロール１３を図１、図８で時計方向に一定の回転速度で回転させることによって集電体１４は送りロール１１からバックアップロール１２へ搬送され、その後巻き取りロール１３に巻き取られる。ダイヘッド９やグラビアロール５１を集電体１４が通過した後には、集電体１４上に所定厚さの塗膜１５が塗布されている。
【００１７】
さて、図１または図８に示す電極製造装置により製造した電極を用いて最終的にはリチウムイオン電池を製造する。後述する図４、図５はリチウムイオン電池に含まれる１つのセル３１を示している。活物質スラリー５に金属異物粒子が含まれていたり電極製造工程で金属異物が混入したりすると、金属異物は、セル３１内で溶出・析出し電池が内部短絡（自己放電）を生じる可能性がある。民生電池と異なり、自動車用電池は、ライフサイクルが長いという特徴と、内部短絡が生じたときの短絡電流が大きいという特徴とを有するので、リチウムイオン電池を自動車用電池として採用する場合には、金属異物粒子に対する対策が重要となる。
【００１８】
このため従来の電極製造装置では、活物質スラリーの形成前に正極活物質材料の搬送配管を磁性材料で形成し、その搬送配管に磁場を印加することによって金属異物粒子を搬送配管でトラップ（吸着）し、これによって正極活物質材料に含まれる金属異物粒子が製造後の電極（電池）に含まれないようにしている。
【００１９】
しかしながら、従来の電極製造装置では、金属異物粒子が小さいと金属異物粒子の磁化量も小さいため、金属異物粒子が搬送配管に安定して吸着されず金属異物粒子が依然として正極活物質材料内に残存する恐れがある。従って、電池を製造するときに金属異物がセパレータの局部に析出・成長し内部短絡する恐れがある。また、金属異物粒子が磁場印加部である搬送配管に堆積すると金属異物粒子を除去する能力が低下するという問題もある。この堆積した金属異物粒子を定期的に回収するのでは電池製造の稼働率が悪化する。
【００２０】
そこで本発明では、正極活物質材料から金属異物粒子を完全除去するのではなく、電極製造時に正極活物質材料中に含まれている金属異物粒子の位置を制御することで電池完成後に自己放電が生じることを予防する。自己放電を予防できれば、電極の歩留りが向上する。
【００２１】
以下、詳述する。図１、図８においてバックアップロール１２の材質を鉄またはＳＵＳ等の磁性材料とし、この磁性材料のバックアップロール１２を永久磁石、電磁石または超伝導磁石などの磁石で励磁する。例えばＳＵＳ４２０で軸方向高さが１０ｍｍ程度の複数の短円柱部品を形成し、これら短円柱部品を同軸に並べ、隣り合う短円柱部品の間に非磁性体を挟んで連結し、全体として一つの円柱状の複合体を形成する。そして、この複合体の表面をエンジンプラスチック樹脂で被覆することによって軸方向に延びる１本のバックアップロール１２を作製する。
【００２２】
このバックアップロール１２に印加する磁場の大きさを調整可能とするため、バックアップロール１２の軸方向外周には、図３に示したように、直方体状の鉄心２２と絶縁巻線２３とからなる電磁コイル２１を、バックアップロール１２の軸方向に沿って並設する。巻線２３が巻かれない鉄心２２の２つの各端部２２ａ、２２ｂがバックアップロール１２の各軸方向端１２ａ、１２ｂより飛び出すように、鉄心２２の軸方向長さ（バックアップロール１２の軸方向）をバックアップロール１２の軸方向長さより長くする。バックアップロール１２の一方の軸方向端、つまり図３で左手前に位置する軸方向端１２ａと、鉄心２２の図３で左手前に位置する端部２２ａ側側面とに当接するように直方体状の第１磁性材２４を配置する。同様に、バックアップロール１２の他方の軸方向端、つまり図３で右奥に位置する軸方向端１２ｂと、鉄心２２の図３で右奥に位置する端部２２ｂ側側面とに当接するように直方体状の第２磁性材２５を配置する。
【００２３】
なお、実施形態では、鉄心２２及び２つの磁性材２４、２５を直方体状で示しているが、鉄心２２や２つの磁性材２４、２５の各形状は直方体状に限られない。また、図１に示すダイヘッド９や図８に示すグラビアロール５１などの活物質スラリーを集電体１４上に供給する部位は励磁せず、非磁性材料とする。
【００２４】
電磁コイル２１に電流を流すと、電磁コイル２１が電磁石として機能する。例えば図３に示したように、鉄心２２内にはバックアップロール１２の軸方向に向かって磁力線が発生する。この磁力線は右奥に位置する第２磁性材２５内を折れ曲がり、バックアップロール１２の他方の軸方向端１２ｂからバックアップロール１２内に入る。バックアップロール１２内では磁力線は鉄心２２とは逆方向に向かって発生する。バックアップロール１２の一方の軸方向端１２ａまできた磁力線は左手前に位置する第１磁性材２４内を折れ曲がり、鉄心２２内に戻る。このようにして電磁コイル２１とバックアップロール１２とを結ぶ磁力線のループができる（図３矢印参照）。
【００２５】
このようにして、電磁コイル２１、バックアップロール１２及び２つの磁性材２４、２５から磁場発生手段が構成されている。
【００２６】
このように電磁コイル２１によってバックアップロール１２の軸方向に磁力線が発生するとき、上記複合体を形成している個々の短円柱部品が磁化される。１個の短円柱部品の軸方向端にＳ極とＮ極が生じるので、図２には２個の短円柱部品について、図３には３個の短円柱部品について磁極が生じる様子を示している。実際には短円柱部品の数だけＳ極とＮ極の組合せが生じる。
【００２７】
このようにして個々の短円柱部品が磁化したバックアップロール１２によって、集電体１４上の塗膜１５には、塗膜１５の表面（大気に晒されている面）から塗膜１５の裏面（集電体１４と接している面）に向かう向きに磁力線が発生する。この塗膜１５を表面から裏面へと貫く磁力線によって、塗膜１５中の金属異物粒子を集電体１４の側に移動させるようにする。
【００２８】
これについて図４、図５を参照して説明する。図４上段、図５上段は電池のセル３１が積層完成したときの断面図であり、下から集電体（正極集電体）１４、正極活物質層１５’（塗膜１５）、セパレータ１６、負極活物質層１７、負極集電体１８の順に積層されている。集電体（正極集電体）１４と正極活物質層１５’（塗膜１５）からプラスの電極が、また負極活物質層１７と負極集電体１８からマイナスの電極が構成され、正極活物質層１５’と負極活物質層１７とが短絡するのを防止するため、絶縁材としてのセパレータ１６が電極間に介装されている。ただし、セパレータ１６は金属イオンなどのイオンは透過するようになっている。図１、図８に示した電極製造装置は、プラスの電極を製造する装置である。
【００２９】
図４上段、図５上段において正極活物質層（塗膜１５）内に存在する１つの金属異物粒子Ｍを丸印で示している。このうち、図４上段は従来の電極製造装置により正極活物質層１５’（塗膜１５）の中でもセパレータ１６に近い位置に金属異物粒子Ｍが存在するセル３１を示している。一方、図５上段は本発明の電極製造装置により製造したセル３１であり、正極活物質層１５’（塗膜１５）内に含まれる金属異物粒子Ｍが集電体１４に近い位置まで移動しているセル３１を示している。
【００３０】
セル３１を含む電池完成後には電池の充放電が行われる。この場合に、セル３１に酸化電位が作用すると、金属異物粒子Ｍは正極活物質層１５’（塗膜１５）内で金属イオンＭ’となる。金属イオンＭ’は正の電荷を持っているため、負極集電体１８の側、つまり図４、図５において上方に向かう。また、金属イオンＭ’は金属異物粒子Ｍとして存在した位置を起点としてある角度で円錐状に拡散する性質を有している。このため、金属異物粒子Ｍとして存在した位置から上方に離れるほど金属イオンＭ’の左右方向への広がりが大きなものとなる一方で、上下方向（移動方向）の幅は小さくなっていく。これは、金属イオン全体の体積は変わらないためである。
【００３１】
従来の電極製造装置により作成したセル３１では、図４上段に示したように正極活物質層１５’（塗膜１５）の中でもセパレータ１６に近い位置に金属異物粒子Ｍが存在している。酸化電位の作用で生成される金属イオンＭ’は上方に拡散する。金属異物粒子Ｍの位置がセパレータ１６に近いために金属イオンＭ’は左右方向に広がる前にセパレータ１６を貫通して負極活物質層１７の下面に到達し、図４下段に示したようになる。つまり、金属イオンＭ’は左右方向に広がらず上下方向に長い塊の状態にとどまるため、この金属イオンＭ’によって正極活物質層１５’と負極活物質層１７とが電気的につながり短絡してしまう。
【００３２】
一方、本発明の電極製造装置により作成したセル３１では、図５上段に示したように金属異物粒子Ｍを集電体１４の近くまで移動させている。酸化電位の作用で生成される金属イオンＭ’は、上方に拡散するにしても、金属異物粒子Ｍとして存在した位置からセパレータ１６の下面までが図４上段よりも離れている。このため、金属イオンＭ’は左右方向に大きく広がった段階でセパレータ１６を貫通して負極活物質層１７の下面に到達し、図５下段に示したようになる。つまり、金属イオンＭ’は左右方向に大きく広がったために上下方向幅はセパレータ１６の厚さよりも薄い状態となっている。このため、こうした上下方向に薄い形状の金属イオンＭ’であれば、当該金属イオンＭ’によっては、正極活物質層１５’（塗膜１５）と負極活物質層１７とが電気的につながらず、短絡を回避できている。
【００３３】
図４、図５では、金属異物粒子Ｍに作用する塗膜１５（つまり活物質スラリー）の粘性抵抗を考察しなかったが、次にはこの金属異物粒子Ｍに作用する活物質スラリーの粘性抵抗を考察する。すなわち、磁気力によって金属異物粒子Ｍを集電体１４の側に移動させるときに、金属異物粒子Ｍの移動を阻止する向き（つまり塗膜１５の表面側）にドラッグ力（粘性抵抗）が作用する。従って、磁気力をＦｍ、ドラッグ力をＦｄとしたとき、磁気力Ｆｍがドラッグ力Ｆｄより大きくなるように、金属異物粒子Ｍに対して磁気力Ｆｍを作用させる必要がある。
【００３４】
ここで、金属異物粒子Ｍに作用する磁気力（以下単に「磁気力」という。）Ｆｍは、
Ｆｍ＝ＶＭΔＨ …（１）
ただし、Ｖ ；金属異物粒子の体積、
Ｍ ；金属異物粒子の体積飽和磁化、
ΔＨ；磁場勾配、
の式により、また金属異物粒子Ｍに作用するドラッグ力（以下単に「ドラッグ力」という。）Ｆｄは、
Ｆｄ＝６πｒηｖｐ …（２）
ただし、ｒ ；金属異物粒子の半径、
η ；塗膜（活物質スラリー）の粘度、
ｖｐ；金属異物粒子の塗膜（活物質スラリー）中の移動速度、
の式により計算することができる。
【００３５】
例えば、金属異物粒子Ｍの半径ｒを１００［μｍ］、塗膜（活物質スラリー）の粘度ηを１００００［ｍＰａ・ｓ］、金属異物粒子Ｍの塗膜（活物質スラリー）中の移動速度ｖｐを０．０２［ｍｍ／ｓｅｃ］とした場合に、上記（２）式よりドラッグ力Ｆｄ＝３．８×１０＾−８［Ｎ］である。ただし、「＾」は累乗を表す。
【００３６】
このドラッグ力Ｆｄに打ち勝つ磁気力Ｆｍを付与するため、本発明では、電磁コイル２１を用い塗膜１５に対して最大磁場強度Ｔ＝１０［Ｔ］、磁場勾配ΔＨ＝１０００［Ｔ／ｍ］を付与する。これら最大磁場強度Ｔ、磁場勾配ΔＨの値を上記（１）式に代入して計算すると、磁気力Ｆｍ＝４．１×１０＾−８［Ｎ］となり、ドラッグ力Ｆｄに打ち勝つ最低限の磁気力Ｆｍを設定できている。
【００３７】
上記（２）式のの金属異物粒子Ｍの移動速度ｖｐは、
ｖｐ＝（金属異物粒子Ｍが移動する距離）／
（金属異物粒子Ｍが磁気力Ｆｍに晒される時間）
＝（正極活物質層（１５）の下面から負極活物質層１７の下面までの距離）
／（塗膜１５がバックアップロール１２を通過する時間）
…（３）
の式により定義される値である。
【００３８】
上記（１）式の磁場勾配ΔＨは、簡単には金属異物粒子Ｍが置かれた環境の磁界の強さのことで、塗膜１５の表面から塗膜１５の裏面に向かって生じる磁束の密度［Ｔ］を電磁石（電磁コイル２１）から金属異物粒子Ｍまでの距離［ｍ］で除算した値である。上記（１）式の体積飽和磁化は磁性材料の着磁の度合を表す物理量で、磁性材料の種類により予め定まっている。
【００３９】
次に、磁気力Ｆｍをどの程度の値に設定するかについてさらに述べる。塗膜１５内に分散して存在する正極活物質の各粒子Ｌにも磁性が少しある。正極活物質粒子ＬはＳＵＳなどの金属異物粒子Ｍと比較して飽和磁化量が約１／５以下と小さいものの、磁気力Ｆｍが大き過ぎる場合には、磁気力Ｆｍが正極活物質の各粒子Ｌにも作用して正極活物質の各粒子Ｌを集電体１４の側へと移動させ、塗膜１５内で正極活物質粒子Ｌを偏在させてしまうこととなる。
【００４０】
これを図６を参照して説明する。塗膜１５内には正極活物質粒子Ｌ、金属異物粒子Ｍ及びその他物質（例えばバインダ）の粒子Ｎが含まれている。ここでは、正極活物質粒子Ｌ、金属異物粒子Ｍ、その他物質の粒子Ｎは全て球状であるとしている。
【００４１】
磁気力Ｆｍが作用する前に塗膜１５内の状態がどうなっているかを図６上段に示すと、正極活物質粒子Ｌ、金属異物粒子Ｍ及びその他物質（例えばバインダ）の粒子Ｎがほぼ均等に散らばっている。一方、磁気力Ｆｍが大き過ぎた場合に塗膜１５内の状態がどうなるかを図６中段に、磁気力Ｆｍが適切である場合に塗膜１５内の状態がどうなるかを図６下段に示している。
【００４２】
理想的には、正極活物質粒子Ｌが塗膜１５内で均等に散在している状態で金属異物粒子Ｍのみが磁気力Ｆｍに引かれて集電体１４の近く（図で下方）に移動することである。しかしながら、磁気力Ｆｍが大き過ぎる場合には、図６中段に示したように、金属異物粒子Ｍだけでなく正極活物質粒子Ｌまでが磁気力Ｆｍに引かれて集電体１４の近くに移動し、塗膜１５内で正極活物質粒子Ｌが集電体１４の側に偏在することになっている。
【００４３】
これに対して、磁気力Ｆｍを強くもなく弱くもなく最適に設定した場合には、図６下段に示したように、正極活物質粒子Ｌを塗膜１５内で偏在させることなく、金属異物粒子Ｍのみを集電体１４の近くに移動させることができている。このように磁気力Ｆｍを最適にするため、実際には、印加磁場の範囲を０．５〜１０［Ｔ］で調整可能となるように電磁コイル２１の仕様を定めている。
【００４４】
図１、図８に戻り、集電体１４上の塗膜１５を乾燥させて正極活物質層１５’を形成するため、バックアップロール１２と巻き取りロール１３との間を移動する集電体１４の上部に電極乾燥手段としてのヒータ４１、４２を複数列備えている。具体的には集電体１４の移動方向に２列のヒータ４１、４２を、さらに１列に３個のヒータを備えている。ヒータ４１、４２の列数や一列のヒータ数はこれに限られるものでない。
【００４５】
集電体１４を挟んでヒータ４１、４２と反対側（集電体１４の鉛直下方）には、平板状の永久磁石４５、４６、４７（磁場発生手段）を集電体１４に近接して配置している。永久磁石４５〜４７の形状は平板状に限らず棒状であってもかまわない。また、図１、図８では永久磁石４５〜４７を集電体１４の移動方向に３つ配列しているが、永久磁石の列（数）は少なくとも１つあればよい。また、永久磁石でなく電磁石であってもかまわない。
【００４６】
なお、図１、図８では永久磁石４５をバックアップロール１２に近接させているが、実際には、バックアップロール１２と永久磁石４５との間に図３に示した電磁コイル２１が存在している。
【００４７】
このように、塗膜１５が塗布された集電体１４を挟んで、ヒータ４１、４２と永久磁石４５〜４７とを配置したのは次の理由からである。すなわち、ヒータ４１、４２によって塗膜１５の表面に熱を加えるとともに、永久磁石４５〜４７により、塗膜１５の表面から塗膜１５の裏面（塗膜１５が集電体１４と接する面）へと向かう向きに磁力線が発生するように磁場を印加することで、塗膜１５の乾燥と金属異物粒子Ｍの集電体１４側への移動とを同時に行わせるためである。永久磁石４５〜４７の機能はバックアップロール１２に有させる電磁石としての機能と同じである。
【００４８】
これをさらに図７を参照して説明する。塗膜１５内には正極活物質粒子Ｌ、金属異物粒子Ｍ及びその他物質（例えばバインダ）の粒子Ｎが含まれている。ここでは、正極活物質粒子Ｌとその他物質の粒子Ｎは球状であるのに対して、金属異物粒子Ｍは星状で示している。
【００４９】
永久磁石４５〜４７からの磁気力Ｆｍが作用する前に塗膜１５内の状態がどうなっているかを図７上段に、ヒータ４１、４２及び永久磁石４５〜４７を通過した後（つまり塗膜１５の乾燥後）に塗膜１５内の状態がどうなるかを図７下段に示している。なお、図７上段はバックアップロール１２を通過した後の塗膜１５内の状態を示すものではない。言い換えると、電磁コイル２１に通電していない状態で永久磁石４５〜４７の手前にきたときの塗膜１５内の状態を示している。
【００５０】
図７上段に示したように金属異物粒子Ｍの移動速度（矢印参照）は正極活物質粒子Ｌの移動速度（矢印参照）と比較して約５倍も速いため、塗膜１５の乾燥後には図７下段に示したように破線で囲った領域に金属異物粒子Ｍは含まれていない。このように、塗膜１５の乾燥と金属異物粒子Ｍの集電体１４側への移動とを同時に行わせることで、正極活物質粒子Ｌを塗膜１５内で集電体１４側に偏在させることなく乾燥固定できる。これにより、正極活物質粒子Ｌの偏析を軽減できる。
【００５１】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【００５２】
本実施形態によれば、集電体１４の一方の面に塗布された活物質スラリー５中の金属異物粒子が電磁コイル２１及びバックアップロール１２による磁場によって集電体１４の側に引き寄せられることから、金属異物粒子を集電体１４側に選択的に配置することができる。よって、電池を製造した場合、金属異物粒子はセパレータ１６との距離が遠い位置に存在するので、電池製造後の充放電により金属異物粒子が金属イオンへと変化し、この金属イオンがセパレータ１６側（集電体１４と反対側）へ移動する過程において、金属異物粒子がセパレータ１６に近い位置に存在する場合よりも大きく拡散する。この拡散の程度の違いにより、内部短絡を抑制できる。
【００５３】
詳細には、セル３１に酸化電圧が作用したときに、金属異物粒子Ｍが塗膜１５の表面近く（表面側）に存在する場合よりセパレータ１６との距離が遠くなり、その遠くなった分だけ金属異物粒子Ｍから変化する金属イオンＭ’が負極活物質層１７の側（図５下段で上方）に移動する際に、移動方向と直交する方向（図５下段で左右方向）への拡散範囲が広くなって移動方向の幅が薄くなることから、セパレータ１６内を拡散した金属イオンＭ’によって正極活物質層１５’と負極活物質層１７とが短絡する事態を避けることができる（図５下段参照）。
【００５４】
本実施形態によれば、磁場発生手段は、集電体１４に塗布されている塗膜１５（活物質スラリー）に対して、この塗布されている塗膜１５（活物質スラリー）の表面より裏面に向かう向きに磁力線が発生するようにするので、金属異物粒子を集電体１４の側へと移動させることができる。
【００５５】
本実施形態によれば、バックアップロール１２（集電体搬送手段）が電磁石として機能する（磁場発生手段を有する）ので、電極製造装置１をコンパクトにすることができる。
【００５６】
本実施形態によれば、集電体１４の一方の面に塗布された活物質スラリーを乾燥させるヒータ４１、４２（電極乾燥手段）を含み、塗膜（活物質スラリー）１５の塗布されている集電体１４を挟んでこのヒータ４１、４２と反対側に永久磁石４５〜４７（第２磁場発生手段）を配置する。すなわち、集電体１４上の塗膜（活物質スラリー）１５の表面は乾燥を行い、同時に塗膜１５の裏面（集電体１４側）から永久磁石４５〜４７により磁場を印加することで、乾燥と金属異物粒子の集電体１４側への磁気吸引とを同時に行わせることができる。金属異物粒子は活物質粒子と比較して移動速度が速いため、金属異物粒子の磁気吸引と乾燥を同時にすることで塗膜１５中に散乱して存在する活物質粒子を偏在させることなく活物質層として乾燥固定できる（図７下段参照）。
【００５７】
第１、第２の実施形態では、バックアップロール１２を電磁石（磁場発生手段）として機能させると共に、永久磁石４５〜４７を磁場発生手段として設けた、つまり磁場発生手段を２つ設けた場合で説明したが、バックアップロール１２に電磁石としての機能を付与しない、つまり磁場発生手段を１つとする態様（第３実施形態）が考えられる。塗膜１５の乾燥前にバックアップロール１２によって強い磁場を作用させ過ぎるときには塗膜１５内で正極活物質粒子を集電体１４側に偏在させてしまう可能性があるのであるが、第３実施形態によれば、金属異物粒子が塗膜１５内で集電体１４側に移動した後直ぐに塗膜１５が乾燥されるため、正極活物質粒子が集電体１４側に偏在することを避けることができる。
【００５８】
実施形態では、活物質スラリーが正極活物質スラリーである場合で説明したが、活物質スラリーが負極活物質スラリーである場合にも本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 電極製造装置
５ 活物質スラリー
８ ダイコータ（電極形成手段）
９ ダイヘッド
１１ 送りロール（搬送手段）
１２ バックアップロール（搬送手段、磁場発生手段）
１３ 巻き取りロール（搬送手段）
１４ 集電体（集電体）
２１ 電磁コイル（磁場発生手段）
４１、４２ ヒータ（電極乾燥手段）
４５、４６、４７ 永久磁石（磁場発生手段）
５１ グラビアロール（電極形成手段）
【技術分野】
【０００１】
この発明は電極の製造装置、製造方法及び電極並びに当該電極を用いたリチウムイオン電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
活物質材料にコンタミネーション（汚染物質）としての金属等の異物（以下「金属異物」という。）粒子が含まれていたり、電極を作成する工程で発塵した金属異物粒子が活物質に混入すると自己放電により電池性能が低下する。このため、活物質材料と溶剤とで活物質スラリーを形成する前に活物質材料の搬送配管を磁性材料で形成し、活物質材料に含まれる金属異物粒子を除去するものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２４３９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、金属異物粒子が小さいと金属異物粒子の磁化量も小さいため、金属異物粒子が搬送配管に安定して吸着されず金属異物粒子が依然として活物質材料内に残ってしまう恐れがある。従って、電池を作成した時に金属異物粒子がセパレータ表面の局部に析出・成長し内部短絡する恐れがある。
【０００５】
そこで本発明は、金属異物粒子をあえて除去するのではなく、電極中で金属異物粒子の位置を制御し得る電極製造装置や電極製造方法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】
本発明は、集電体を移動させる集電体搬送手段と、活物質スラリーを前記集電体の一方の面に塗布して活物質層を形成することにより電極を形成する電極形成手段と、活物質スラリーの塗布されている集電体の他方の面の側から集電体に塗布されている活物質スラリーに磁場を印加する磁場発生手段とを含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、集電体の一方の面に塗布された活物質スラリー中の金属異物粒子が磁場によって集電体の側に引き寄せられることから、金属異物粒子を集電体側に選択的に配置することができる。よって、電池を製造した場合、金属異物粒子はセパレータとの距離が遠い位置に存在するので、電池製造後の充放電により金属異物粒子が金属イオンへと変化し、この金属イオンがセパレータ側（集電体と反対側）へと移動する過程において、金属異物粒子がセパレータに近い位置に存在する場合よりも大きく拡散する。この拡散の程度の違いにより、内部短絡を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態の電極製造装置の概略構成図である。
【図２】同電極製造装置の一部概略斜視図である。
【図３】バックアップロール部の拡大斜視図である。
【図４】従来の電極製造装置により製造した電極を用いたセルの断面図である。
【図５】本発明の電極製造装置により製造した電極を用いたセルの断面図である。
【図６】磁気力が塗膜内の状態に与える影響を説明するための状態図である。
【図７】永久磁石を通過する前と通過した後の塗膜内の状態を示す状態図である。
【図８】第２実施形態の電極製造装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は本発明の一実施形態の電極製造装置の概略構成図、図２は電極製造装置の一部概略斜視図、図３はバックアップロール部の拡大斜視図である。ただし、図２では集電体１４の一部しか示していない。図３では集電体１４を取り去った状態を示している。
【００１０】
図１に示したように、粉体状の正極活物質材料２はホッパー３に供給される。ホッパー３内の正極活物質材料２は図示しない搬送手段によりミキサー４に供給される。ミキサー４は、粉体状の正極活物質材料２及び溶剤を分散攪拌し、スラリー５を作るものである。ミキサー４で作られる正極活物質材料２と溶剤の混合物であるスラリー５を以下「活物質スラリー」という。
【００１１】
電極形成手段は、集電体１４に活物質スラリーを塗布する塗工手段と、塗布した活物質を乾燥させる電極乾燥手段とを含んでいる。活物質スラリー５はポンプ７などのスラリー搬送手段を駆動することで、搬送配管６を介して塗工手段としてのダイコータ８に供給される。図１〜図３にはダイコータ８のダイヘッド９しか図示していないが、ダイコータ８はダイヘッド９から塗工液としての活物質スラリー５を押し出して、フィルム状（板状）の正極集電体（以下単に「集電体」ともいう。）１４に塗布するものである。すなわち、バックアップロール１２の周面に巻き掛けられている集電体１４に対して、ダイヘッド９の先端が近接して設けられている。ダイヘッド９先端には水平方向にスリット９ａが形成され、このスリット９ａから集電体１４に向けて活物質スラリー５を供給し、集電体１４上に活物質スラリー５を塗布する。バックアップロール１２は一定速度で一方向（図では時計方向）に回転するため、集電体１４上には所定厚さの活物質スラリー５が塗布されることとなる。集電体１４上に塗布される活物質スラリー５を以下「塗膜」ともいう。
【００１２】
塗工手段は図１〜図３に示すものに限られない。例えば、図８は第２実施形態の電極の製造装置の概略構成図で、第１実施形態の図１と置き換わるものである。
【００１３】
第２実施形態は、塗工手段としてグラビア胴版を用いるものである。すなわち、図８においてバックアップロール１２の真下から円筒状または円柱状のグラビアロール５１の周面が、バックアップロール１２の周面に巻き掛けられている集電体１４に近接して設けられている。グラビアロール５１の軸がバックアップロール１２の軸と平行となるようにしている。
【００１４】
また、活物質スラリー５がポンプ７により搬送配管６を介して漕５２内に所定高さまで供給され、この漕５２内の活物質スラリー５の液中にグラビアロール５１の下方が浸かるようにしている。このため、バックアップロール１２を時計方向に回転させつつグラビアロール５１を反時計方向に回転させると、グラビアロール５１の周面に活物質スラリー５が付着したまま巻き上がることとなり、グラビアロール５１がバックアップロール１２と対向している部分で活物質スラリー５が集電体１４に所定厚さで塗布（転写）されることとなる。
【００１５】
集電体１４上に塗布された活物質スラリー５は乾燥後に正極活物質層を形成する。このようにして、塗膜の乾燥後には、集電体１４と、乾燥後の塗膜１５（つまり正極活物質層）とからプラスの電極が形成される。
【００１６】
集電体搬送手段は、図１、図８に示したように送りロール１１、バックアップロール１２、巻き取りロール１３からなる。図８ではアイドラー５３を追加している。水平方向にかつ軸が平行となるように配置される送りロール１１、バックアップロール１２、巻き取りロール１３（及びアイドラー５３）は全て円筒状または円柱状であり、これらロール１１〜１３、アイドラー５３には、所定幅の集電体１４が巻き掛けられている。巻き取りロール１３を図１、図８で時計方向に一定の回転速度で回転させることによって集電体１４は送りロール１１からバックアップロール１２へ搬送され、その後巻き取りロール１３に巻き取られる。ダイヘッド９やグラビアロール５１を集電体１４が通過した後には、集電体１４上に所定厚さの塗膜１５が塗布されている。
【００１７】
さて、図１または図８に示す電極製造装置により製造した電極を用いて最終的にはリチウムイオン電池を製造する。後述する図４、図５はリチウムイオン電池に含まれる１つのセル３１を示している。活物質スラリー５に金属異物粒子が含まれていたり電極製造工程で金属異物が混入したりすると、金属異物は、セル３１内で溶出・析出し電池が内部短絡（自己放電）を生じる可能性がある。民生電池と異なり、自動車用電池は、ライフサイクルが長いという特徴と、内部短絡が生じたときの短絡電流が大きいという特徴とを有するので、リチウムイオン電池を自動車用電池として採用する場合には、金属異物粒子に対する対策が重要となる。
【００１８】
このため従来の電極製造装置では、活物質スラリーの形成前に正極活物質材料の搬送配管を磁性材料で形成し、その搬送配管に磁場を印加することによって金属異物粒子を搬送配管でトラップ（吸着）し、これによって正極活物質材料に含まれる金属異物粒子が製造後の電極（電池）に含まれないようにしている。
【００１９】
しかしながら、従来の電極製造装置では、金属異物粒子が小さいと金属異物粒子の磁化量も小さいため、金属異物粒子が搬送配管に安定して吸着されず金属異物粒子が依然として正極活物質材料内に残存する恐れがある。従って、電池を製造するときに金属異物がセパレータの局部に析出・成長し内部短絡する恐れがある。また、金属異物粒子が磁場印加部である搬送配管に堆積すると金属異物粒子を除去する能力が低下するという問題もある。この堆積した金属異物粒子を定期的に回収するのでは電池製造の稼働率が悪化する。
【００２０】
そこで本発明では、正極活物質材料から金属異物粒子を完全除去するのではなく、電極製造時に正極活物質材料中に含まれている金属異物粒子の位置を制御することで電池完成後に自己放電が生じることを予防する。自己放電を予防できれば、電極の歩留りが向上する。
【００２１】
以下、詳述する。図１、図８においてバックアップロール１２の材質を鉄またはＳＵＳ等の磁性材料とし、この磁性材料のバックアップロール１２を永久磁石、電磁石または超伝導磁石などの磁石で励磁する。例えばＳＵＳ４２０で軸方向高さが１０ｍｍ程度の複数の短円柱部品を形成し、これら短円柱部品を同軸に並べ、隣り合う短円柱部品の間に非磁性体を挟んで連結し、全体として一つの円柱状の複合体を形成する。そして、この複合体の表面をエンジンプラスチック樹脂で被覆することによって軸方向に延びる１本のバックアップロール１２を作製する。
【００２２】
このバックアップロール１２に印加する磁場の大きさを調整可能とするため、バックアップロール１２の軸方向外周には、図３に示したように、直方体状の鉄心２２と絶縁巻線２３とからなる電磁コイル２１を、バックアップロール１２の軸方向に沿って並設する。巻線２３が巻かれない鉄心２２の２つの各端部２２ａ、２２ｂがバックアップロール１２の各軸方向端１２ａ、１２ｂより飛び出すように、鉄心２２の軸方向長さ（バックアップロール１２の軸方向）をバックアップロール１２の軸方向長さより長くする。バックアップロール１２の一方の軸方向端、つまり図３で左手前に位置する軸方向端１２ａと、鉄心２２の図３で左手前に位置する端部２２ａ側側面とに当接するように直方体状の第１磁性材２４を配置する。同様に、バックアップロール１２の他方の軸方向端、つまり図３で右奥に位置する軸方向端１２ｂと、鉄心２２の図３で右奥に位置する端部２２ｂ側側面とに当接するように直方体状の第２磁性材２５を配置する。
【００２３】
なお、実施形態では、鉄心２２及び２つの磁性材２４、２５を直方体状で示しているが、鉄心２２や２つの磁性材２４、２５の各形状は直方体状に限られない。また、図１に示すダイヘッド９や図８に示すグラビアロール５１などの活物質スラリーを集電体１４上に供給する部位は励磁せず、非磁性材料とする。
【００２４】
電磁コイル２１に電流を流すと、電磁コイル２１が電磁石として機能する。例えば図３に示したように、鉄心２２内にはバックアップロール１２の軸方向に向かって磁力線が発生する。この磁力線は右奥に位置する第２磁性材２５内を折れ曲がり、バックアップロール１２の他方の軸方向端１２ｂからバックアップロール１２内に入る。バックアップロール１２内では磁力線は鉄心２２とは逆方向に向かって発生する。バックアップロール１２の一方の軸方向端１２ａまできた磁力線は左手前に位置する第１磁性材２４内を折れ曲がり、鉄心２２内に戻る。このようにして電磁コイル２１とバックアップロール１２とを結ぶ磁力線のループができる（図３矢印参照）。
【００２５】
このようにして、電磁コイル２１、バックアップロール１２及び２つの磁性材２４、２５から磁場発生手段が構成されている。
【００２６】
このように電磁コイル２１によってバックアップロール１２の軸方向に磁力線が発生するとき、上記複合体を形成している個々の短円柱部品が磁化される。１個の短円柱部品の軸方向端にＳ極とＮ極が生じるので、図２には２個の短円柱部品について、図３には３個の短円柱部品について磁極が生じる様子を示している。実際には短円柱部品の数だけＳ極とＮ極の組合せが生じる。
【００２７】
このようにして個々の短円柱部品が磁化したバックアップロール１２によって、集電体１４上の塗膜１５には、塗膜１５の表面（大気に晒されている面）から塗膜１５の裏面（集電体１４と接している面）に向かう向きに磁力線が発生する。この塗膜１５を表面から裏面へと貫く磁力線によって、塗膜１５中の金属異物粒子を集電体１４の側に移動させるようにする。
【００２８】
これについて図４、図５を参照して説明する。図４上段、図５上段は電池のセル３１が積層完成したときの断面図であり、下から集電体（正極集電体）１４、正極活物質層１５’（塗膜１５）、セパレータ１６、負極活物質層１７、負極集電体１８の順に積層されている。集電体（正極集電体）１４と正極活物質層１５’（塗膜１５）からプラスの電極が、また負極活物質層１７と負極集電体１８からマイナスの電極が構成され、正極活物質層１５’と負極活物質層１７とが短絡するのを防止するため、絶縁材としてのセパレータ１６が電極間に介装されている。ただし、セパレータ１６は金属イオンなどのイオンは透過するようになっている。図１、図８に示した電極製造装置は、プラスの電極を製造する装置である。
【００２９】
図４上段、図５上段において正極活物質層（塗膜１５）内に存在する１つの金属異物粒子Ｍを丸印で示している。このうち、図４上段は従来の電極製造装置により正極活物質層１５’（塗膜１５）の中でもセパレータ１６に近い位置に金属異物粒子Ｍが存在するセル３１を示している。一方、図５上段は本発明の電極製造装置により製造したセル３１であり、正極活物質層１５’（塗膜１５）内に含まれる金属異物粒子Ｍが集電体１４に近い位置まで移動しているセル３１を示している。
【００３０】
セル３１を含む電池完成後には電池の充放電が行われる。この場合に、セル３１に酸化電位が作用すると、金属異物粒子Ｍは正極活物質層１５’（塗膜１５）内で金属イオンＭ’となる。金属イオンＭ’は正の電荷を持っているため、負極集電体１８の側、つまり図４、図５において上方に向かう。また、金属イオンＭ’は金属異物粒子Ｍとして存在した位置を起点としてある角度で円錐状に拡散する性質を有している。このため、金属異物粒子Ｍとして存在した位置から上方に離れるほど金属イオンＭ’の左右方向への広がりが大きなものとなる一方で、上下方向（移動方向）の幅は小さくなっていく。これは、金属イオン全体の体積は変わらないためである。
【００３１】
従来の電極製造装置により作成したセル３１では、図４上段に示したように正極活物質層１５’（塗膜１５）の中でもセパレータ１６に近い位置に金属異物粒子Ｍが存在している。酸化電位の作用で生成される金属イオンＭ’は上方に拡散する。金属異物粒子Ｍの位置がセパレータ１６に近いために金属イオンＭ’は左右方向に広がる前にセパレータ１６を貫通して負極活物質層１７の下面に到達し、図４下段に示したようになる。つまり、金属イオンＭ’は左右方向に広がらず上下方向に長い塊の状態にとどまるため、この金属イオンＭ’によって正極活物質層１５’と負極活物質層１７とが電気的につながり短絡してしまう。
【００３２】
一方、本発明の電極製造装置により作成したセル３１では、図５上段に示したように金属異物粒子Ｍを集電体１４の近くまで移動させている。酸化電位の作用で生成される金属イオンＭ’は、上方に拡散するにしても、金属異物粒子Ｍとして存在した位置からセパレータ１６の下面までが図４上段よりも離れている。このため、金属イオンＭ’は左右方向に大きく広がった段階でセパレータ１６を貫通して負極活物質層１７の下面に到達し、図５下段に示したようになる。つまり、金属イオンＭ’は左右方向に大きく広がったために上下方向幅はセパレータ１６の厚さよりも薄い状態となっている。このため、こうした上下方向に薄い形状の金属イオンＭ’であれば、当該金属イオンＭ’によっては、正極活物質層１５’（塗膜１５）と負極活物質層１７とが電気的につながらず、短絡を回避できている。
【００３３】
図４、図５では、金属異物粒子Ｍに作用する塗膜１５（つまり活物質スラリー）の粘性抵抗を考察しなかったが、次にはこの金属異物粒子Ｍに作用する活物質スラリーの粘性抵抗を考察する。すなわち、磁気力によって金属異物粒子Ｍを集電体１４の側に移動させるときに、金属異物粒子Ｍの移動を阻止する向き（つまり塗膜１５の表面側）にドラッグ力（粘性抵抗）が作用する。従って、磁気力をＦｍ、ドラッグ力をＦｄとしたとき、磁気力Ｆｍがドラッグ力Ｆｄより大きくなるように、金属異物粒子Ｍに対して磁気力Ｆｍを作用させる必要がある。
【００３４】
ここで、金属異物粒子Ｍに作用する磁気力（以下単に「磁気力」という。）Ｆｍは、
Ｆｍ＝ＶＭΔＨ …（１）
ただし、Ｖ ；金属異物粒子の体積、
Ｍ ；金属異物粒子の体積飽和磁化、
ΔＨ；磁場勾配、
の式により、また金属異物粒子Ｍに作用するドラッグ力（以下単に「ドラッグ力」という。）Ｆｄは、
Ｆｄ＝６πｒηｖｐ …（２）
ただし、ｒ ；金属異物粒子の半径、
η ；塗膜（活物質スラリー）の粘度、
ｖｐ；金属異物粒子の塗膜（活物質スラリー）中の移動速度、
の式により計算することができる。
【００３５】
例えば、金属異物粒子Ｍの半径ｒを１００［μｍ］、塗膜（活物質スラリー）の粘度ηを１００００［ｍＰａ・ｓ］、金属異物粒子Ｍの塗膜（活物質スラリー）中の移動速度ｖｐを０．０２［ｍｍ／ｓｅｃ］とした場合に、上記（２）式よりドラッグ力Ｆｄ＝３．８×１０＾−８［Ｎ］である。ただし、「＾」は累乗を表す。
【００３６】
このドラッグ力Ｆｄに打ち勝つ磁気力Ｆｍを付与するため、本発明では、電磁コイル２１を用い塗膜１５に対して最大磁場強度Ｔ＝１０［Ｔ］、磁場勾配ΔＨ＝１０００［Ｔ／ｍ］を付与する。これら最大磁場強度Ｔ、磁場勾配ΔＨの値を上記（１）式に代入して計算すると、磁気力Ｆｍ＝４．１×１０＾−８［Ｎ］となり、ドラッグ力Ｆｄに打ち勝つ最低限の磁気力Ｆｍを設定できている。
【００３７】
上記（２）式のの金属異物粒子Ｍの移動速度ｖｐは、
ｖｐ＝（金属異物粒子Ｍが移動する距離）／
（金属異物粒子Ｍが磁気力Ｆｍに晒される時間）
＝（正極活物質層（１５）の下面から負極活物質層１７の下面までの距離）
／（塗膜１５がバックアップロール１２を通過する時間）
…（３）
の式により定義される値である。
【００３８】
上記（１）式の磁場勾配ΔＨは、簡単には金属異物粒子Ｍが置かれた環境の磁界の強さのことで、塗膜１５の表面から塗膜１５の裏面に向かって生じる磁束の密度［Ｔ］を電磁石（電磁コイル２１）から金属異物粒子Ｍまでの距離［ｍ］で除算した値である。上記（１）式の体積飽和磁化は磁性材料の着磁の度合を表す物理量で、磁性材料の種類により予め定まっている。
【００３９】
次に、磁気力Ｆｍをどの程度の値に設定するかについてさらに述べる。塗膜１５内に分散して存在する正極活物質の各粒子Ｌにも磁性が少しある。正極活物質粒子ＬはＳＵＳなどの金属異物粒子Ｍと比較して飽和磁化量が約１／５以下と小さいものの、磁気力Ｆｍが大き過ぎる場合には、磁気力Ｆｍが正極活物質の各粒子Ｌにも作用して正極活物質の各粒子Ｌを集電体１４の側へと移動させ、塗膜１５内で正極活物質粒子Ｌを偏在させてしまうこととなる。
【００４０】
これを図６を参照して説明する。塗膜１５内には正極活物質粒子Ｌ、金属異物粒子Ｍ及びその他物質（例えばバインダ）の粒子Ｎが含まれている。ここでは、正極活物質粒子Ｌ、金属異物粒子Ｍ、その他物質の粒子Ｎは全て球状であるとしている。
【００４１】
磁気力Ｆｍが作用する前に塗膜１５内の状態がどうなっているかを図６上段に示すと、正極活物質粒子Ｌ、金属異物粒子Ｍ及びその他物質（例えばバインダ）の粒子Ｎがほぼ均等に散らばっている。一方、磁気力Ｆｍが大き過ぎた場合に塗膜１５内の状態がどうなるかを図６中段に、磁気力Ｆｍが適切である場合に塗膜１５内の状態がどうなるかを図６下段に示している。
【００４２】
理想的には、正極活物質粒子Ｌが塗膜１５内で均等に散在している状態で金属異物粒子Ｍのみが磁気力Ｆｍに引かれて集電体１４の近く（図で下方）に移動することである。しかしながら、磁気力Ｆｍが大き過ぎる場合には、図６中段に示したように、金属異物粒子Ｍだけでなく正極活物質粒子Ｌまでが磁気力Ｆｍに引かれて集電体１４の近くに移動し、塗膜１５内で正極活物質粒子Ｌが集電体１４の側に偏在することになっている。
【００４３】
これに対して、磁気力Ｆｍを強くもなく弱くもなく最適に設定した場合には、図６下段に示したように、正極活物質粒子Ｌを塗膜１５内で偏在させることなく、金属異物粒子Ｍのみを集電体１４の近くに移動させることができている。このように磁気力Ｆｍを最適にするため、実際には、印加磁場の範囲を０．５〜１０［Ｔ］で調整可能となるように電磁コイル２１の仕様を定めている。
【００４４】
図１、図８に戻り、集電体１４上の塗膜１５を乾燥させて正極活物質層１５’を形成するため、バックアップロール１２と巻き取りロール１３との間を移動する集電体１４の上部に電極乾燥手段としてのヒータ４１、４２を複数列備えている。具体的には集電体１４の移動方向に２列のヒータ４１、４２を、さらに１列に３個のヒータを備えている。ヒータ４１、４２の列数や一列のヒータ数はこれに限られるものでない。
【００４５】
集電体１４を挟んでヒータ４１、４２と反対側（集電体１４の鉛直下方）には、平板状の永久磁石４５、４６、４７（磁場発生手段）を集電体１４に近接して配置している。永久磁石４５〜４７の形状は平板状に限らず棒状であってもかまわない。また、図１、図８では永久磁石４５〜４７を集電体１４の移動方向に３つ配列しているが、永久磁石の列（数）は少なくとも１つあればよい。また、永久磁石でなく電磁石であってもかまわない。
【００４６】
なお、図１、図８では永久磁石４５をバックアップロール１２に近接させているが、実際には、バックアップロール１２と永久磁石４５との間に図３に示した電磁コイル２１が存在している。
【００４７】
このように、塗膜１５が塗布された集電体１４を挟んで、ヒータ４１、４２と永久磁石４５〜４７とを配置したのは次の理由からである。すなわち、ヒータ４１、４２によって塗膜１５の表面に熱を加えるとともに、永久磁石４５〜４７により、塗膜１５の表面から塗膜１５の裏面（塗膜１５が集電体１４と接する面）へと向かう向きに磁力線が発生するように磁場を印加することで、塗膜１５の乾燥と金属異物粒子Ｍの集電体１４側への移動とを同時に行わせるためである。永久磁石４５〜４７の機能はバックアップロール１２に有させる電磁石としての機能と同じである。
【００４８】
これをさらに図７を参照して説明する。塗膜１５内には正極活物質粒子Ｌ、金属異物粒子Ｍ及びその他物質（例えばバインダ）の粒子Ｎが含まれている。ここでは、正極活物質粒子Ｌとその他物質の粒子Ｎは球状であるのに対して、金属異物粒子Ｍは星状で示している。
【００４９】
永久磁石４５〜４７からの磁気力Ｆｍが作用する前に塗膜１５内の状態がどうなっているかを図７上段に、ヒータ４１、４２及び永久磁石４５〜４７を通過した後（つまり塗膜１５の乾燥後）に塗膜１５内の状態がどうなるかを図７下段に示している。なお、図７上段はバックアップロール１２を通過した後の塗膜１５内の状態を示すものではない。言い換えると、電磁コイル２１に通電していない状態で永久磁石４５〜４７の手前にきたときの塗膜１５内の状態を示している。
【００５０】
図７上段に示したように金属異物粒子Ｍの移動速度（矢印参照）は正極活物質粒子Ｌの移動速度（矢印参照）と比較して約５倍も速いため、塗膜１５の乾燥後には図７下段に示したように破線で囲った領域に金属異物粒子Ｍは含まれていない。このように、塗膜１５の乾燥と金属異物粒子Ｍの集電体１４側への移動とを同時に行わせることで、正極活物質粒子Ｌを塗膜１５内で集電体１４側に偏在させることなく乾燥固定できる。これにより、正極活物質粒子Ｌの偏析を軽減できる。
【００５１】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【００５２】
本実施形態によれば、集電体１４の一方の面に塗布された活物質スラリー５中の金属異物粒子が電磁コイル２１及びバックアップロール１２による磁場によって集電体１４の側に引き寄せられることから、金属異物粒子を集電体１４側に選択的に配置することができる。よって、電池を製造した場合、金属異物粒子はセパレータ１６との距離が遠い位置に存在するので、電池製造後の充放電により金属異物粒子が金属イオンへと変化し、この金属イオンがセパレータ１６側（集電体１４と反対側）へ移動する過程において、金属異物粒子がセパレータ１６に近い位置に存在する場合よりも大きく拡散する。この拡散の程度の違いにより、内部短絡を抑制できる。
【００５３】
詳細には、セル３１に酸化電圧が作用したときに、金属異物粒子Ｍが塗膜１５の表面近く（表面側）に存在する場合よりセパレータ１６との距離が遠くなり、その遠くなった分だけ金属異物粒子Ｍから変化する金属イオンＭ’が負極活物質層１７の側（図５下段で上方）に移動する際に、移動方向と直交する方向（図５下段で左右方向）への拡散範囲が広くなって移動方向の幅が薄くなることから、セパレータ１６内を拡散した金属イオンＭ’によって正極活物質層１５’と負極活物質層１７とが短絡する事態を避けることができる（図５下段参照）。
【００５４】
本実施形態によれば、磁場発生手段は、集電体１４に塗布されている塗膜１５（活物質スラリー）に対して、この塗布されている塗膜１５（活物質スラリー）の表面より裏面に向かう向きに磁力線が発生するようにするので、金属異物粒子を集電体１４の側へと移動させることができる。
【００５５】
本実施形態によれば、バックアップロール１２（集電体搬送手段）が電磁石として機能する（磁場発生手段を有する）ので、電極製造装置１をコンパクトにすることができる。
【００５６】
本実施形態によれば、集電体１４の一方の面に塗布された活物質スラリーを乾燥させるヒータ４１、４２（電極乾燥手段）を含み、塗膜（活物質スラリー）１５の塗布されている集電体１４を挟んでこのヒータ４１、４２と反対側に永久磁石４５〜４７（第２磁場発生手段）を配置する。すなわち、集電体１４上の塗膜（活物質スラリー）１５の表面は乾燥を行い、同時に塗膜１５の裏面（集電体１４側）から永久磁石４５〜４７により磁場を印加することで、乾燥と金属異物粒子の集電体１４側への磁気吸引とを同時に行わせることができる。金属異物粒子は活物質粒子と比較して移動速度が速いため、金属異物粒子の磁気吸引と乾燥を同時にすることで塗膜１５中に散乱して存在する活物質粒子を偏在させることなく活物質層として乾燥固定できる（図７下段参照）。
【００５７】
第１、第２の実施形態では、バックアップロール１２を電磁石（磁場発生手段）として機能させると共に、永久磁石４５〜４７を磁場発生手段として設けた、つまり磁場発生手段を２つ設けた場合で説明したが、バックアップロール１２に電磁石としての機能を付与しない、つまり磁場発生手段を１つとする態様（第３実施形態）が考えられる。塗膜１５の乾燥前にバックアップロール１２によって強い磁場を作用させ過ぎるときには塗膜１５内で正極活物質粒子を集電体１４側に偏在させてしまう可能性があるのであるが、第３実施形態によれば、金属異物粒子が塗膜１５内で集電体１４側に移動した後直ぐに塗膜１５が乾燥されるため、正極活物質粒子が集電体１４側に偏在することを避けることができる。
【００５８】
実施形態では、活物質スラリーが正極活物質スラリーである場合で説明したが、活物質スラリーが負極活物質スラリーである場合にも本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 電極製造装置
５ 活物質スラリー
８ ダイコータ（電極形成手段）
９ ダイヘッド
１１ 送りロール（搬送手段）
１２ バックアップロール（搬送手段、磁場発生手段）
１３ 巻き取りロール（搬送手段）
１４ 集電体（集電体）
２１ 電磁コイル（磁場発生手段）
４１、４２ ヒータ（電極乾燥手段）
４５、４６、４７ 永久磁石（磁場発生手段）
５１ グラビアロール（電極形成手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体を移動させる集電体搬送手段と、
活物質スラリーを前記集電体の一方の面に塗布して活物質層を形成することにより電極を形成する電極形成手段と、
活物質スラリーの塗布されている集電体の他方の面の側から集電体に塗布されている活物質スラリーに磁場を印加する磁場発生手段と
を含むことを特徴とする電極製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電極製造装置において、
前記磁場発生手段は、前記集電体に塗布されている活物質スラリーに対して、この塗布されている活物質スラリーの表面より裏面に向かう向きに磁力線が発生するようにすることを特徴とする電極製造装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電極製造装置において、
前記集電体搬送手段が磁場発生手段を有することを特徴とする電極製造装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一つに記載の電極製造装置において、
前記集電体の一方の面に塗布された活物質スラリーを乾燥させる電極乾燥手段を含み、
活物質スラリーの塗布されている集電体を挟んでこの電極乾燥手段と反対側に前記磁場発生手段を配置することを特徴とする電極製造装置。
【請求項５】
板状の集電体の一方の面に活物質スラリーを塗布して活物質層を形成することにより電極を形成する電極形成工程と、
活物質スラリーの塗布されている集電体の他方の面の側から集電体に塗布されている活物質スラリーに磁場を印加する磁場発生工程と
を含むことを特徴とする電極製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の電極製造方法において、
前記集電体の一方の面に活物質スラリーを塗布すると同時にこの集電体に塗布されている活物質スラリーに磁場を印加することを特徴とする電極製造方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の電極製造方法において、
前記集電体の一方の面に塗布された活物質スラリーを乾燥させつつ活物質スラリーの塗布されている集電体の他方の面の側からこの塗布された活物質スラリーに前記磁場を印加することを特徴とする電極製造方法。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一つに記載の電極製造装置または電極製造方法により製造される電極。
【請求項９】
請求項１から７までのいずれか一つに記載の電極製造装置または電極製造方法により製造される電極を用いたリチウムイオン電池。
【請求項１】
集電体を移動させる集電体搬送手段と、
活物質スラリーを前記集電体の一方の面に塗布して活物質層を形成することにより電極を形成する電極形成手段と、
活物質スラリーの塗布されている集電体の他方の面の側から集電体に塗布されている活物質スラリーに磁場を印加する磁場発生手段と
を含むことを特徴とする電極製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電極製造装置において、
前記磁場発生手段は、前記集電体に塗布されている活物質スラリーに対して、この塗布されている活物質スラリーの表面より裏面に向かう向きに磁力線が発生するようにすることを特徴とする電極製造装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電極製造装置において、
前記集電体搬送手段が磁場発生手段を有することを特徴とする電極製造装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一つに記載の電極製造装置において、
前記集電体の一方の面に塗布された活物質スラリーを乾燥させる電極乾燥手段を含み、
活物質スラリーの塗布されている集電体を挟んでこの電極乾燥手段と反対側に前記磁場発生手段を配置することを特徴とする電極製造装置。
【請求項５】
板状の集電体の一方の面に活物質スラリーを塗布して活物質層を形成することにより電極を形成する電極形成工程と、
活物質スラリーの塗布されている集電体の他方の面の側から集電体に塗布されている活物質スラリーに磁場を印加する磁場発生工程と
を含むことを特徴とする電極製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の電極製造方法において、
前記集電体の一方の面に活物質スラリーを塗布すると同時にこの集電体に塗布されている活物質スラリーに磁場を印加することを特徴とする電極製造方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の電極製造方法において、
前記集電体の一方の面に塗布された活物質スラリーを乾燥させつつ活物質スラリーの塗布されている集電体の他方の面の側からこの塗布された活物質スラリーに前記磁場を印加することを特徴とする電極製造方法。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一つに記載の電極製造装置または電極製造方法により製造される電極。
【請求項９】
請求項１から７までのいずれか一つに記載の電極製造装置または電極製造方法により製造される電極を用いたリチウムイオン電池。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−２２２２０６（Ｐ２０１１−２２２２０６Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８８４１４（Ｐ２０１０−８８４１４）
【出願日】平成２２年４月７日（２０１０．４．７）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月７日（２０１０．４．７）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]