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TWI584321B - 鋰離子電容器用電極之製造裝置及製造方法 - Google Patents

鋰離子電容器用電極之製造裝置及製造方法 Download PDF

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TWI584321B
TWI584321B TW102146177A TW102146177A TWI584321B TW I584321 B TWI584321 B TW I584321B TW 102146177 A TW102146177 A TW 102146177A TW 102146177 A TW102146177 A TW 102146177A TW I584321 B TWI584321 B TW I584321B
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electrode
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小林義之
多賀敏
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東京威力科創股份有限公司
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Description

鋰離子電容器用電極之製造裝置及製造方法
本發明係關於一種鋰離子電容器用電極的製造裝置及製造方法。
在製造鋰離子二次電池等鋰離子電容器之電極的程序中，具有將鋰離子預先摻雜於電極材料的預摻雜程序。例如，在製造鋰離子二次電池之負電極(陽極)時，在作為電極材料使用的活性碳等碳材料中，摻雜鋰離子。
此種鋰的摻雜程序，以往，係將碳材料浸入充滿含有鋰離子之電解液的摻雜槽內，藉此在該碳材料中摻雜鋰離子(例如參照下列專利文獻1)。
【先行技術文獻】
【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開平09-022690號公報
然而，這種以往的鋰摻雜程序中，在鋰離子均勻地摻雜至碳材料整體為止需要極長的時間，必須花費數日。此種鋰摻雜程序，係使鋰離子電容 器的生產效率降低的主要原因。
於是，本發明係鑒於此問題而完成者，其目的係在於提供一種電極製造裝置，可大幅縮短在電極材料中摻雜鋰離子的時間。
為了解決上述課題，根據本發明的實施型態之一，係一種電極製造裝置，其在電極片材上的電極材料(例如碳材料)中摻雜鋰離子，以製造鋰離子電容器用電極，其特徵為包含：處理室，可使該電極片材移出/移入；稀有氣體供給部，用以將稀有氣體導入該處理室內；及排氣裝置，使該處理室內排氣，以成為既定真空壓力；鋰熔射(Thermal Spraying)部，使含鋰粉末熔融並噴附於移入該處理室內的該電極片材之電極材料上，以形成鋰的薄膜，藉此在該電極材料中摻雜鋰離子。
這種鋰熔射部，可以具備含鋰粉末供給部及加熱氣體供給部的方式所構成；該含鋰粉末供給部，朝向例如該電極片材的電極材料噴出該含鋰粉末；該加熱氣體供給部，供給加熱氣體，以使該含鋰粉末供給部所噴出之含鋰粉末熔解。
此情況中，上述含鋰粉末供給部，相對於該電極材料垂直配置，該加熱氣體供給部，亦可以相對該含鋰粉末供給部傾斜，以將該加熱氣體噴出至該含鋰粉末供給部之粉末噴出口與該電極材料側之間的方式配置。
另外，上述電極片材為捲筒狀，其係以下述方式所構成：該處理室的兩側分別設置該電極片材的收納室，該處理室與收納室連通，該電極片材從一邊的收納室捲出，通過該處理室內，而捲入至另一邊的收納室；該鋰熔射部，在該電極片材被捲出並通過該處理室內時，在該電極材料上形成鋰的薄膜。
另外，上述含鋰粉末供給部在該電極片材的寬度方向上延伸，相對該 電極材料垂直配置的板狀構件中，在該電極片材的寬度方向上，並排形成有用以供給該含鋰粉末的複數孔部；上述加熱氣體供給部，亦可以下述方式配置：對於該含鋰粉末供給部的各孔部，在該電極片材的長邊方向的兩側，針對每個孔部，對稱地配置兩個加熱氣體供給部。
為了解決上述課題，根據本發明之另一實施型態，係提供一種電極製造方法，其係將鋰離子摻雜於電極片材上的電極材料，以製造鋰離子電容器用電極，其特徵為：使該電極片材移出/移入的處理室內成為稀有氣體氛圍，並進行減壓，使含鋰粉末熔融並噴附於移入該處理室內的該電極片材之電極材料上而形成鋰的薄膜，藉此將鋰離子摻雜於該電極材料。
根據本發明，使含鋰粉末熔融並噴附於移入處理室內的電極片材的電極材料上，而在稀有氣體氛圍中形成鋰的薄膜，進而將鋰離子摻雜於電極材料中，藉此可大幅度地縮短將鋰離子摻雜於電極材料的時間。
100‧‧‧電極製造裝置
102A、102B‧‧‧導引滾子
110A‧‧‧捲出側收納室
110B‧‧‧捲入側收納室
112A‧‧‧捲出軸
112B‧‧‧捲入軸
114A、114B‧‧‧馬達
120A、120B‧‧‧排氣裝置
122A、122B‧‧‧排氣口
130A、130B‧‧‧稀有氣體供給部
132A、132B‧‧‧稀有氣體供給源
133A、133B‧‧‧氣體導入口
134A、134B‧‧‧配管
135A、135B‧‧‧質量流量控制器(MFC)
136A、136B‧‧‧開閉閥
200‧‧‧處理室
202A、202B‧‧‧導引滾子
210‧‧‧鋰熔射部
220‧‧‧排氣裝置
222‧‧‧排氣口
230‧‧‧稀有氣體供給部
232‧‧‧稀有氣體供給源
233‧‧‧氣體導入口
234、237、238‧‧‧配管
235‧‧‧質量流量控制器(MFC)
236‧‧‧開閉閥
239‧‧‧分支配管
250‧‧‧含鋰粉末供給部
252‧‧‧孔部
254‧‧‧粉末噴出口
256‧‧‧氣體導入口
260‧‧‧加熱氣體供給部
262‧‧‧氣體管
263‧‧‧支持部
264‧‧‧加熱器
266‧‧‧玻璃管
268‧‧‧氣體噴出口
270‧‧‧進料斗
274‧‧‧阻板
276‧‧‧貫通孔
280‧‧‧振動篩
290‧‧‧攪拌器
292‧‧‧馬達
300‧‧‧控制部
310‧‧‧操作部
320‧‧‧記憶部
300‧‧‧控制部
C‧‧‧碳材料
GA、GB‧‧‧連通口
W‧‧‧電極片材
SA、SB‧‧‧密封構件
R‧‧‧捲軸
S110~S170‧‧‧步驟
【圖1】係顯示本發明之實施態樣的電極製造裝置的構成例的剖面圖。
【圖2】係圖1所示的電極製造裝置的俯視圖。
【圖3】係將圖1所示的處理室從圖2所示之A-A線切開的剖面立體圖。
【圖4】係該實施態樣之電極製造處理的具體例的流程圖。
【圖5】係用以說明在該實施態樣中的含鋰粉末供給部中，設有附振動篩之進料斗的情況的剖面圖。
【圖6】係用以說明該實施態樣中的含鋰粉末供給部中，設有附攪拌器之進料斗的情況的剖面圖。
以下參照所附圖式，詳細說明本發明之較佳實施態樣。又，本說明書及圖式中，對於實際上具有相同功能構成之構成要件，附上相同符號，但省略重複說明。
(鋰離子電容器用電極製造裝置的構成例)
首先，參照圖式說明本發明之實施態樣的鋰離子電容器用電極製造裝置(以下稱為「電極製造裝置」)。此處，以用於進行將鋰離子摻雜於電極片材上之電極材料的電極製造裝置(摻雜裝置)為例，以作為用以製造鋰離子二次電池等鋰離子電容器中所使用之負電極(陽極)的裝置。
圖1係顯示本實施態樣之電極製造裝置的概略構成的剖面圖，圖2係圖1所示之電極製造裝置的俯視圖。圖1，係從圖2之A-A剖面切開之情況的縱剖面圖。圖3係圖1所示之處理室的剖面立體圖。
本實施態樣的電極製造裝置100，係以下述方式構成：一方面將捲筒狀之電極片材捲出並捲起來，一方面在進行真空排氣而成為稀有氣體氛圍之處理室內，藉由熔射使得鋰在形成於該電極片材上之電極材料上成膜。藉此，以熔射而在電極材料上形成鋰的薄膜，而可將鋰離子摻雜於電極材料。此處，作為電極片材的電極材料，可舉例如活性碳等碳材料。
具體而言，如圖1所示，本實施態樣的電極製造裝置100具備：捲出側收納室110A，收納捲筒狀的電極片材W；捲入側收納室110B，與該收納室110A隔開設置；及處理室200，設於該等收納室110A、110B之間。該等收納室110A、110B及處理室200，分別係以不鏽鋼或鋁等金屬所形成之氣密殼體所構成。又，各收納室110A、110B，設有開口部，該開口部例如其前面可以蓋部或門板部等封起來，其亦可使電極片材W進出。
處理室200與捲出側收納室110A之間，係以連通口GA連通。從捲出側收納室110A捲出的捲筒狀電極片材W，透過該連通口GA，被移入處理室200內。
處理室200與捲入側收納室110B之間，係以連通口GB連通。在處理室200處理過的電極片材W，透過該連通口GB，從處理室200被移出至捲入側的收納室110B，而在捲入側收納室110B內進行捲繞。在這樣捲繞已處理之電極片材W時，亦可在其處理面覆蓋具有剝離性樹脂(例如樹脂膜)的情況下進行捲繞。
又，處理室200與各收納室110A、110B之間，因為設有包圍各連通口GA、GB的O型環等密封構件SA、SB而被密封起來。
收納室110A、110B中分別形成排氣口122A、122B，其與使該等收納室的內部真空排氣的排氣裝置120A、120B連接。處理室200中，形成排氣口222，其與使處理室內部真空排氣的排氣裝置220連接。該等排氣裝置120A、120B、220係分別設置，且由真空泵等所構成。
藉由上述各排氣裝置120A、120B、220，可分別調整收納室110A、110B及處理室200的內部壓力。藉此，可使收納室110A、110B內與處理室200內之間產生壓力差。例如，為了避免各收納室110A、110B的內部氛圍與粒子等一起透過連通口GA、GB而進入處理室200內，只要以使收納室110A、110B內的壓力低於處理室200內的壓力的方式進行調整即可。又，收納室110A、110B的排氣裝置120A、120B，不一定要分開設置，亦可使用共用的一個排氣裝置。
捲出側收納室110A具備捲出軸112A，捲入側收納室110B具備捲入軸112B。在將捲筒狀的電極片材W設置於捲出軸112A時，可以例如，將捲出軸112A插入捲筒狀之電極片材W的中心的方式來支持。
捲出軸112A、捲入軸112B，分別於各收納室110A、110B自由旋轉地受支持。此情況中，捲出軸112A、捲入軸112B可單側被支持，亦可雙側被支持。捲出軸112A、捲入軸112B，如圖2所示，分別與設於各收納室 110A、110B外側的馬達114A、114B連接。捲出軸112A、捲入軸112B，分別可藉由該等馬達114A、114B正轉或反轉。藉此，不僅可以圖1所示之箭頭的運送方向，將電極片材W從捲出軸112A往捲入軸112B運送，亦可以與圖1之箭頭相反的方向，亦即將電極片材W從捲入軸112B往捲出軸112A運送。
各收納室110A、110B，設有運送電極片材W的導引滾子102A、102B，處理室200中，靠近各收納室110A、110B之處，亦分別設有運送電極片材W的導引滾子202A、202B。設於捲出軸112A的電極片材W，透過連通口GA、GB，經由上述複數的導引滾子102A、202A、202B、102B，而被傳遞至捲入軸112B。又，導引滾子的數量與配置，並不限於圖中所示。另外，不僅是導引滾子，亦可設置用以調整電極片材W之張力的張力滾子。
處理室200的頂部，設有鋰熔射部210，其將含有鋰的含鋰粉末(鋰粉等)熔融而在移入處理室200內之作為電極片材W之電極材料的碳材料C上形成鋰的薄膜，藉此將鋰離子摻雜於碳材料C。
鋰熔射部210如圖3所示，包含：含鋰粉末供給部250，朝向電極片材W的碳材料C噴出並供給含鋰粉末；及加熱氣體供給部260，供給將從含鋰粉末供給部250噴出之含鋰粉末熔融的加熱氣體(加熱至既定溫度的氬氣等稀有氣體等)，以使含鋰粉末熔融。
含鋰粉末供給部250，係相對電極片材W垂直配置的約略板狀構件，係以「在該板狀構件的縱向(上下方向)上形成供給含鋰粉末的複數孔部252的方式」構成。各孔部252，貫通至含鋰粉末供給部250的下端，並從下端的粉末噴出口254噴出含鋰粉末。各孔部252的基端側的側部，設有氣體導入口256，用以導入作為含鋰粉末之載體氣體的氬氣等稀有氣體。
複數孔部252，如圖2所示，係以在電極片材W之寬度方向等間隔並排的方式形成。又，孔部252的數量與配置間隔，宜以在電極片材W之碳 材料的寬度方向(與運送方向垂直的方向)毫無遺漏地形成鋰薄膜的方式來決定。圖2中，雖以具備五個孔部252的含鋰粉末供給部250為例，但並不僅限於此，孔部252亦可為4個以下或6個以上。
根據這種含鋰粉末供給部250，藉由從氣體導入口256導入氬氣，使通過各孔部252的含鋰粉末，從下端的粉末噴出口254噴出，而噴附於電極片材W的碳材料C上。藉由控制從氣體導入口256導入的氬氣之流量，可調整含鋰粉末的噴出速度。
又，含鋰粉末中所含有的鋰，因為其反應性高且具有易燃性，故藉由使用如氬氣等稀有氣體之不會與鋰反應的氣體來作為載體氣體，可防止鋰自燃的情況。
加熱氣體供給部260，如圖3所示，係約略筒狀地構成。圖3所示的加熱氣體供給部260，係以在使氬氣等稀有氣體通過之氣體管262的周圍，將將加熱器264捲起的方式所構成。如圖3所示，氣體管262的基端，係由陶瓷等所構成的支持部263所支持，而在比支持部263的更前端側，設有以石英玻璃等所構成的玻璃管266，亦可在該玻璃管266內配置氣體管262。藉此，可提高稀有氣體溫度的穩定性。
根據此種加熱氣體供給部260，若開啟加熱器264而從氣體管262的基端導入稀有氣體，則通過氣體管262的稀有氣體，藉由加熱器264而被加熱，並從氣體管262前端的氣體噴出口268，作為經加熱的稀有氣體而被噴出。藉此，以對從含鋰粉末供給部250的粉末噴出口254噴出的含鋰粉末供給經加熱之稀有氣體的方式，配置加熱氣體供給部260，可一方面使含鋰粉末熔融，一方面將其噴附於電極片材W的碳材料C上。
作為此處的含鋰粉末，可使用例如，被覆有含磷化合物等鋰金屬粉末。這種鋰金屬粉末，即使在空氣中亦極為穩定，故容易處理，藉由以鋰的融點以上的溫度進行加熱，可得到熔融狀態的鋰。本實施態樣中，藉由以加 熱氣體加熱這種含鋰粉末，可對於電極材料進行鋰熔射。又，作為含鋰粉末，並不限於上述材料。
又，加熱氣體供給部260的數量及配置，宜對應如圖3所示之含鋰粉末供給部250的孔部252的數量及配置來決定。圖3中顯示，對於含鋰粉末供給部250的每個孔部252，配置兩個加熱氣體供給部260的情況的一例。具體而言，對於含鋰粉末供給部250的每個孔部252，在電極片材W的長邊方向兩側，分別對稱地配置兩個加熱氣體供給部260。
此時，兩個加熱氣體供給部260，係以將來自該等供給部之加熱氣體供給至孔部252之粉末噴出口254與電極片材W的碳材料C之間的方式配置。具體而言，兩個加熱氣體供給部260，係以相對於其之間的含鋰粉末供給部250(孔部252)形成鋭角的方式傾斜配置。
藉此，從各孔部252之前端的粉末噴出口254噴出的含鋰粉末，因為加熱氣體加熱而形成熔融狀態。藉此，因為係朝向電極片材W的碳材料C熔射鋰，故可快速地在碳材料C形成鋰的薄膜。藉此，可大幅縮短對碳材料C摻雜鋰離子的摻雜程序的時間。
另外，此種鋰的反應性極高，若在大氣中(空氣中)進行成膜，則很可能產生自燃的情況。關於此點，藉由在氬氣等稀有氣體中進行鋰的熔射，可在鋰不自燃的情況下成膜。
於是，本實施態樣的電極製造裝置100中，設有稀有氣體的導入機構，不僅將稀有氣體使用為上述含鋰粉末供給部250的載體氣體與加熱氣體供給部260的加熱氣體，而在處理室200的內部及與其連通之各收納室110A、110B的內部亦導入稀有氣體，可在成為稀有氣體氛圍的情況下，進行鋰的成膜處理。
此處，參照圖式，說明此種稀有氣體的導入機構之構成的具體實施例。 圖1中，對於處理室200與各收納室110A、110B，分別舉出可一邊調整稀有氣體流量，一邊導入氣體的情況的例子。又，作為稀有氣體，雖可如上所述以氬氣為例，但可應用的稀有氣體種類並不限於此。
圖1所示的收納室110A、110B，分別設有用以供給稀有氣體(此處為氬氣)的稀有氣體供給部130A、130B。稀有氣體供給部130A、130B，分別具備稀有氣體供給源132A、132B。該等稀有氣體供給源132A、132B，分別透過配管134A、134B，與各收納室110A、110B的氣體導入口133A、133B連接。
該等配管134A、134B，分別設有質量流量控制器(MFC)135A、135B與開閉閥136A、136B，以作為調整稀有氣體之流量的流量調整器。
處理室200中，設有用以供給稀有氣體(此處為氬氣)的稀有氣體供給部230。稀有氣體供給部230具備稀有氣體供給源232。稀有氣體供給源232透過配管234與處理室200的氣體導入口233連接，透過配管237與含鋰粉末供給部250的氣體導入口256連接，透過配管238及從其分支的複數分支配管239與各加熱氣體供給部260的氣體管262連接。
該等配管234、237、238上，分別設有質量流量控制器(MFC)235與開閉閥236，以作為調整稀有氣體流量的流量調整器。藉此，可分別調整供給至處理室200、含鋰粉末供給部250、加熱氣體供給部260的稀有氣體的流量。
又，本實施態樣中，雖以分別設置稀有氣體供給源132A、132B、232的情況為例以進行說明，但並不僅限於此，在使用相同種類之稀有氣體的情況中，亦可對於處理室200與收納室110A、110B設置共用的一個稀有氣體供給源。另外，調整稀有氣體流量的流量調整器，並不限於質量流量控制器(MFC)。
這種電極製造裝置100，如圖1所示，具備控制各構成部的控制部300。控制部300，與操作部310連接，而操作部310為了讓使用者操作電極製造裝置100，係由進行指令之輸入操作等鍵盤及顯示器等所形成。操作部310亦可由觸控面板所構成。
更進一步，控制部300更與記憶部320連接，其中儲存有用以在控制部300的控制之下實現以電極製造裝置100所進行之後述的電極製造處理的程式，以及執行程式所必需的配方(recipe)資料(例如處理室200、收納室110A、110B的內部的設定壓力、電極片材W的捲入速度等)。
又，該等配方，可儲存於硬體或半導體記憶體，亦可在儲存於能夠以電腦讀取之可攜式CD-ROM、DVD等記憶媒體的狀態下，設置於記憶部320的既定位置。
控制部300，根據來自操作部310的指示等，從記憶部320讀出期望的製程配方，以控制各部件，藉此以電極製造裝置100進行預期的處理。另外，亦可藉由來自操作部310的操作編輯配方。
(捲筒狀電極片材)
接著，對於以電極製造裝置100所進行的電極製造處理中，在摻雜鋰離子時所使用的捲筒狀電極片材進行說明。此處，係以在製造鋰離子二次電池之負電極時所使用之捲筒狀的電極片材為例。
鋰離子二次電池，係以例如，隔著分隔層堆積正極與負極，並收納於電池容器內，且注入電解液的方式構成。該等正極、負極等電極，係分別以下述方式製造：預先將形成捲筒狀之電極片材進行切斷加工，以將其加工為必要的長度及形狀。
本實施態樣中，係在該等構件之中，將鋰離子摻雜於形成捲筒狀的電極片材W之電極材料上，再重新捲成捲筒狀，藉此製造負極的捲筒狀電極 片材。本實施態樣之鋰離子摻雜前的捲筒狀電極片材W，例如圖3所示，係使用如下所述者：在樹脂或金屬等所形成之基體片材上，等間隔地形成片狀之作為電極材料的碳材料C。
此處，作為碳材料C，可舉例如石墨、活性碳、難石墨化碳質、易石墨化碳質等，但此處係使用活性碳，其具有優於石墨的電容量。又，作為摻雜鋰離子之電極材料，並不限於該等碳材料，亦可為矽或含矽的化合物，及錫或含錫之化合物等。
(電極製造處理)
接著，參照圖式，說明下述的電極製造處理：使用本實施態樣的電極製造裝置100，對於上述碳材料C所形成的電極片材W摻雜鋰離子，藉此製造用於鋰離子二次電池的負極的捲筒狀電極片材。控制部300，根據既定程式，控制電極製造裝置100的各部，藉此進行摻雜處理。圖4係本實施態樣之電極製造處理的具體例的流程圖。
該電極製造處理(摻雜處理)，係將捲筒狀電極片材W設於電極製造裝置100，並藉由例如，按下設於操作部310之處理開始鍵，來開始該處理。具體而言，將捲筒狀電極片材W的捲軸R插入並固定於捲出軸112A，移出電極片材W，並掛置於圖1所示各導引滾子102A、202A、202B、102B上，而捲入設於捲入軸112B上的捲軸R。藉由按下處理開始鍵，開始進行處理。
控制部300，在電極製造處理開始後，首先於步驟S110中，在將稀有氣體導入處理室200與各收納室110A、110B的同時進行真空排氣以減壓。具體而言，從稀有氣體供給源132A、132B，以既定流量將稀有氣體供給至各收納室110A、110B，並從稀有氣體供給源232將稀有氣體以既定流量供給至處理室200。此處使用氬氣作為稀有氣體。
在將處理室200與各收納室110A、110B減壓時，驅動排氣裝置120A、 120B，使各收納室110A、110B的內部排氣，同時驅動排氣裝置220，使處理室200的內部排氣，以使其分別減壓至既定真空壓力。
接著，步驟S120中，判斷處理室200與各收納室110A、110B是否成為既定設定壓力(真空壓力)。具體而言，係以例如圖中未顯示的壓力感測器監視各處理室及收納室的壓力，處理室200減壓至100Torr左右的設定壓力，而各收納室110A、110B減壓至高於處理室200的設定壓力。
步驟S120中，在判斷處理室200與各收納室110A、110B分別形成既定設定壓力的情況中，一邊以使壓力保持的方式控制各排氣裝置120A、120B、220，一邊開始步驟S130中的電極片材W的捲出及捲入。
具體而言，捲筒狀的電極片材W係從捲出收納室110A捲出，通過處理室200，被捲進捲入收納室110B的捲入軸112B，使馬達114A、114B驅動，而開始捲入軸112A與捲出軸112B的旋轉。藉此，電極片材W在圖1所示之箭頭的方向上進行運送。
接著，步驟S140中，在電極片材W通過處理室200時，於碳材料C上摻雜鋰離子。具體而言，在電極片材W的各碳材料C上，一邊供給於加熱氣體供給部260加熱的稀有氣體，一邊使含鋰粉末從含鋰粉末供給部250與稀有氣體噴射出來。
如此，可快速地將鋰摻雜於電極片材W的碳材料C。接著，摻雜處理後的電極片材W，在不曝露於大氣的情況下，被捲進捲入軸112B。
又，在進行摻雜處理時，可藉由各別的質量流量控制器(MFC)235調整稀有氣體的流量，來調整以含鋰粉末供給部250所噴出之含鋰粉末的噴出速度，以及以加熱氣體供給部260所加熱之氣體的噴出速度。
另外，可藉由調整加熱器264的設定溫度，來調整加熱氣體供給部260 所噴出之稀有氣體的加熱溫度。此時的設定溫度，係至少可熔解鋰的溫度，亦即宜在鋰的融點溫度(略180℃)附近。然而，為了防止鋰的燃燒，而避免設置在鋰的沸點(1347℃)以上的溫度。此處，將各加熱氣體供給部260的加熱器264的設定溫度設於例如200℃左右。
另外，在電極片材的寬度較大而在處理室200內產生些微溫差的情況中，為了修正該溫差，可分別調整各加熱氣體供給部260的加熱器264的設定溫度。
另外，成膜於碳材料C上的鋰的膜厚，可藉由改變從含鋰粉末供給部250所供給之含鋰粉末的量以及稀有氣體流量等來控制。另外，亦可藉由調整電極片材W的運送速度，來控制鋰的膜厚。例如，在欲增加鋰的膜厚的情況中，只要使電極片材W的運送速度變慢即可，相反的，在欲減少鋰的膜厚的情況中，只要使電極片材W的運送速度變快即可。
另外，藉由在碳材料C的範圍中，反覆交換運送方向，可調整鋰的膜厚。藉此，亦可藉由反覆交換運送方向的次數，來控制鋰的膜厚。
接著，於步驟S150中，判斷電極片材W的捲入是否結束。捲入是否結束，可藉由例如，以圖中未顯示的捲徑感測器等檢測電極片材W的捲繞直徑來判斷，或是亦可從驅動捲入軸112B之馬達114B的扭力輸出的變化來判斷。
步驟S150中，判斷捲入結束的情況，則在步驟S160中停止捲出軸112A與捲入軸112B的旋轉，而使得電極片材W的捲出/捲入停止。步驟S170中，使處理室200與收納室110A、110B的內部恢復為大氣壓力，並停止將稀有氣體導入處理室200與各收納室110A、110B。在恢復該大氣壓的動作結束後，可取出圖1所示之處理結束的捲筒狀電極片材。
如此，根據本實施態樣的電極製造裝置100之電極製造處理，藉由將 含鋰粉末熔融並噴附於電極片材W的電極材料上而形成鋰的薄膜，可快速地形成鋰的薄膜。藉此，與以往在電解液中摻雜鋰離子的情況相比，可大幅縮短在碳材料中摻雜鋰離子的時間。藉此，亦可對應多樣化的鋰離子電容器的形狀。
另外，因為本實施態樣中，係藉由此種鋰熔射使鋰成膜，故即使電極材料非本實施態樣中所舉例的片材狀(平面狀)，而是任意形狀(例如立體狀)，亦可進行鋰離子摻雜。
另外，本實施態樣中所使用的含鋰粉末，在大氣中亦為穩定而易於處理，相對於此，鋰本身反應性高，且具有在空氣中易自燃而難以處理的性質。此點，本實施態樣中，即使在電極製造裝置100外，亦可作為穩定之含鋰粉末來處理，並在摻雜處理時成為稀有氣體氛圍的處理室200內，使含鋰粉末加熱熔融，故可在鋰本身不自燃的情況下，進行鋰的成膜處理。
更進一步，本實施態樣中，因為以加熱氣體加熱通過含鋰粉末供給部250的孔部252而從粉末噴出口254噴出的含鋰粉末，故可防止在通過孔部252的期間，鋰因為熔融而附著於孔部252。
又，為了避免含鋰粉末阻塞於含鋰粉末供給部250的孔部252內，亦可加裝振動篩。此情況中，例如，在含鋰粉末供給部250的基端部，設有氣密的進料斗，其暫時儲存含鋰粉末，並因應需要對孔部252供給含鋰粉末，而可將振動篩裝設於該進料斗上。
此種附有振動篩的進料斗之構成例顯示於圖5。圖5所示的進料斗270，其內部具備往下方凸出傾斜的錐面狀阻板274。阻板274的底部，設有與孔部252連通的複數貫通孔276。又，亦可設置使該等複數貫通孔276開閉之圖中未顯示的閘門部。亦可藉由使該閘門部開閉，調整從含鋰粉末供給部250噴出含鋰粉末的時機與噴出量。
藉由在這樣的進料斗270上加裝振動篩280，藉由振動篩280的振動，可使進料斗270內的含鋰粉末不會阻塞於孔部252內，而從粉末噴出口254噴出。又，進料斗270，在含鋰粉末供給部250以可自由裝卸的方式構成。藉此，在進料斗270內不具有含鋰粉末時，可藉由逐次交換進料斗270補充含鋰粉末。
另外，亦可在進料斗270內設置攪拌器，取代在進料斗270上設置振動篩280。例如，在圖6所示的進料斗270內設置攪拌器290，並藉由馬達292使其旋轉，藉此攪拌進料斗270內的含鋰粉末，可使進料斗270內的含鋰粉末不阻塞於孔部252內，而從粉末噴出口254噴出。
以上，雖參照附圖說明本發明之較佳實施態樣，但本發明並非限定於此一實施例。只要是本領域中具有通常知識者，明顯可推知申請專利範圍內所記載的範圍中，各種的變化實施例或修正例，而該等變化實施例或修正例當然亦屬於本發明的技術範圍。
例如本實施態樣的電極製造裝置中，係以「藉由使鋰成膜於形成在捲筒狀之電極片材上的電極材料上，以摻雜鋰離子」的情況為例，但並不僅限於此，亦可為形成在矩形電極片材上的電極材料。另外，根據本實施態樣的電極製造裝置，並不僅限於形成在平面狀之電極片材的電極材料，亦可在形成於立體狀的電極片材之電極材料上使鋰成膜，故亦可於該等電極材料摻雜鋰離子。
【產業上的利用可能性】
本發明係可應用於鋰離子電容器用電極的製造裝置及製造方法。
100‧‧‧電極製造裝置
102A、102B‧‧‧導引滾子
110A‧‧‧捲出側收納室
110B‧‧‧捲入側收納室
112A‧‧‧捲出軸
112B‧‧‧捲入軸
120A、120B‧‧‧排氣裝置
122A、122B‧‧‧排氣口
130A、130B‧‧‧稀有氣體供給部
132A、132B‧‧‧稀有氣體供給源
133A、133B‧‧‧氣體導入口
134A、134B‧‧‧配管
135A、135B‧‧‧質量流量控制器(MFC)
136A、136B‧‧‧開閉閥
200‧‧‧處理室
202A、202B‧‧‧導引滾子
210‧‧‧鋰熔射部
220‧‧‧排氣裝置
222‧‧‧排氣口
230‧‧‧稀有氣體供給部
232‧‧‧稀有氣體供給源
233‧‧‧氣體導入口
234、237、238‧‧‧配管
235‧‧‧質量流量控制器(MFC)
236‧‧‧開閉閥
239‧‧‧分支配管
250‧‧‧含鋰粉末供給部
252‧‧‧孔部
256‧‧‧氣體導入口
260‧‧‧加熱氣體供給部
262‧‧‧氣體管
300‧‧‧控制部
310‧‧‧操作部
320‧‧‧記憶部
GA、GB‧‧‧連通口
SA、SB‧‧‧密封構件
W‧‧‧電極片材
R‧‧‧捲軸

Claims (6)

  1. 一種電極製造裝置，其將鋰離子摻雜於電極片材上的電極材料，而製造鋰離子電容器用電極，其特徵為包含：處理室，可使該電極片材移出/移入；稀有氣體供給部，用以將稀有氣體導入該處理室內；排氣裝置，使該處理室內排氣以形成既定真空壓力；鋰熔射部，朝向移入該處理室內之該電極片材上由碳材料構成的電極材料，將含鋰粉末從粉末噴出口直接噴射粉末，並將經加熱器加熱的加熱氣體供給至該粉末噴出口與該電極材料之間使含該鋰粉末熔融並噴附，而於該電極材料上形成鋰的薄膜，藉此將鋰離子摻雜於該電極材料；及振動篩，設於該鋰熔射部。
  2. 如申請專利範圍第1項之電極製造裝置，其中，該鋰熔射部包含：含鋰粉末供給部，從該粉末噴出口朝向該電極片材的電極材料噴出該含鋰粉末；加熱氣體供給部，供給使從該含鋰粉末供給部之該粉末噴出口所噴出之含鋰粉末熔解的該加熱氣體。
  3. 如申請專利範圍第2項之電極製造裝置，其中，該含鋰粉末供給部，係相對該電極材料垂直配置，該加熱氣體供給部，係以相對該含鋰粉末供給部傾斜，且在該含鋰粉末供給部的該粉末噴出口與該電極材料之間噴出該加熱氣體的方式配置。
  4. 如申請專利範圍第2或3項之電極製造裝置，其中，該電極片材為捲筒狀；該處理室的兩側分別設有該電極片材的收納室，而該等處理室及收納室連通，且係以使該電極片材從一方的收納室捲出，通過該處理室內，而捲入另一方的收納室的方式所構成；該鋰熔射部，在該電極片材捲出且通過該處理室內時，使鋰的薄膜在該電極材料上成膜。
  5. 如申請專利範圍第4項之電極製造裝置，其中，該含鋰粉末供給部，在該電極片材的寬度方向延伸，在相對該電極材 料垂直配置的板狀構件中，於該電極片材的寬度方向上並排形成有用以供給該含鋰粉末的複數該粉末噴出口；該加熱氣體供給部，針對該含鋰粉末供給部的各該粉末噴出口，在該電極片材的長邊方向的兩側，對每個該粉末噴出口對稱地配置有兩個該加熱氣體供給部。
  6. 一種電極製造方法，係將鋰離子摻雜於電極片材上之電極材料，以製造鋰離子電容器用電極的電極製造方法，其特徵在於：將可使該電極片材移出/移入的處理室內成為稀有氣體氛圍並且減壓，並藉由使振動篩振動並且朝向於移入該處理室內的該電極片材上由碳材料構成之電極材料，將含鋰粉末從粉末噴出口直接噴射粉末，並將經加熱器加熱的加熱氣體供給至該粉末噴出口與該電極材料之間使該含鋰粉末熔融並噴附，而於該電極材料上形成鋰的薄膜，以將鋰離子摻雜於該電極材料。
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