CN110475617B - 喷墨涂布装置及电池制造用装置 - Google Patents

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Abstract

具有液状材料的循环路径，具备：第一流路(4)，其将通过喷墨涂布装置(1)的泵(2)泵送的液状材料向供给罐(3)供给；以及第二流路(6)，其将供给罐(3)内的液状材料向喷墨头(5)供给，在供给罐(3)内配备过滤器(40)，该过滤器(40)使由于泵(2)进行泵送而产生的液状材料中的气泡不通过且使液状材料中的粒子通过。

Description

喷墨涂布装置及电池制造用装置
技术领域
本发明涉及使用喷墨头涂布分散有粒子的液状材料的喷墨涂布装置及使用该喷墨涂布装置形成活性物质层、固体电解质层的电池制造用装置。
背景技术
众所周知，伴随近年的便携式电子设备类及其关联设备类的迅速普及，关于作为这些设备类的电源的电池，进行了多种开发或实用化。而且，这些电池中，尤其是作为能够充放电的二次电池，进行了锂电池开发。当前的主流是使用液体电解质的锂电池，但今后将推进使用高安全性且小型轻量化的固体电解质的全固体锂电池的开发。
液态锂电池基本上具有下述结构：使用由正极的集电体层及正极的活性物质层构成的电极片和由负极的集电体层及负极的活性物质层构成的电极片，在两个电极片之间夹入液体的电解质液。另外，全固体锂电池基本上具有正极的集电体层、正极的活性物质层、固体电解质层、负极的活性物质层和负极的集电体层依次排列的层叠结构(例如参照专利文献1)。需要说明的是，液态锂电池及全固体锂电池均具有下述结构：在正极活性物质层与固体电解质层之间及负极活性物质层与固体电解质层之间中的一方或双方使用用于防止正极与负极间短路的隔膜。
作为制造这种锂电池的方法，已知下述方法：采用喷墨方式对形成正极或负极活性物质层的液状材料、形成固体电解质层的液状材料进行涂布，之后通过该干燥等使之固化。
在该情况下，在形成上述活性物质层的液状材料中分散有活性物质原料的粒子，在形成上述固体电解质层的液状材料中分散有无机固体电解质原料的粒子。
需要说明的是，作为今后可能采用的喷墨方式涂布多种液状材料，例如在多层陶瓷电容器(MLCC)等领域能够使用的含有钛酸锂或镍超微粉的粘接剂，或者半导体封装或印刷布线板等领域能够使用的含有硅等的粘接剂中，也在液状材料中分散有粒子。
另一方面，采用喷墨方式涂布液状材料的喷墨涂布装置如例如专利文献2所公开，具有包括第一流路和第二流路的液状材料的循环路径，其中，所述第一流路向供给罐供给由泵进行泵送的液状材料，所述第二流路将供给罐内的液状材料向喷墨头供给。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-250583号公报
专利文献2:日本特开2016-10786号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，根据上述例示的以往的喷墨涂布装置，用泵来泵送液状材料时产生气泡，混入有该气泡的液状材料在通过第一流路向供给罐供给后，将从供给罐通过第二流路流入喷墨头。
在该情况下，如上述所例示，若液状材料中分散有粒子，则成为粒子和气泡混合在通过第一流路向供给罐供给的液状材料中的状态。若放任这样的状态，则很难通过喷墨头适当地涂布分散有粒子的液状材料。
基于以上观点，本发明的课题在于，阻止向喷墨涂布装置的供给罐供给的液状材料以气泡与粒子混合的状态流入喷墨头，能够通过喷墨头适当地涂布分散有粒子的液状材料。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题而提出的本发明是一种使用喷墨头涂布分散有粒子的液状材料的喷墨涂布装置，其特征在于，具有包括第一流路和第二流路的液状材料的循环路径，其中，所述第一流路向供给罐供给由泵进行泵送的液状材料，所述第二流路向喷墨头供给所述供给罐内的液状材料，并且，在所述供给罐内配备有过滤器，该过滤器使所述泵进行泵送而产生的液状材料中的气泡不通过且使液状材料中的所述粒子通过。
根据这样的结构，即使粒子与气泡混合的液状材料通过第一流路被向供给罐内供给，也通过在供给罐内配备的过滤器仅允许粒子通过。因此，气泡不会从供给罐流出至第二流路，因而通过喷墨头适当地涂布分散有粒子的液状材料。
在该情况下，也可以是，液状材料的循环路径通过进一步地具备使通过所述第二流路供给至喷墨头的液状材料返回至回流罐的第三流路以及从所述回流罐向所述泵供给液状材料的第四流路，来构成液状材料的循环路径，并且，所述喷墨涂布装置具有使所述回流罐作用有负压的负压产生机构。
由此，从供给罐通过第二流路向喷墨头供给的液状材料经由第三流路返回至回流罐，该返回的液状材料经由第四流路向泵供给，因此液状材料再次从泵通过第一流路向供给罐供给。由此，液状材料一边从喷墨头内通过一边循环。因此，即使在未从喷墨头喷出液状材料的情况下，液状材料也循环，因此液状材料始终流动。因此，能够阻止在液状材料的流动停止的情况下可能产生的粒子的沉降及凝集。而且，在粒子沉降并凝集的情况下，很难以使粒子均匀分散的状态从喷墨头的喷嘴液喷出状材料而发生喷出异常，但在本喷墨涂布装置中，由于能够阻止粒子的沉降及凝集，因此不易发生喷出异常。而且，回流罐作用有来自负压产生机构的负压，因此在液状材料从喷墨头内通过时，能够通过上述负压使喷嘴背压的大小适当，由此能够良好地维持喷嘴的弯液面的形状。
也可以是，在以上结构的基础上，构成所述第一流路的配管插通至所述供给罐的内部空间的上下方向中途，所述供给罐的内部空间的上下方向长度比内径长，并且，在将所述配管的内径设为d1且将所述供给罐的内径设为d2的情况下，d2/d1设定为2～6。
由此，供给罐成为上下方向较长的细长形状，因此分散有粒子的液状材料的供给罐内的流通速度变快，不易发生流动停滞。而且，表示配管的内径d1与供给罐的内径d2的比率的d2/d1为2～6，因此与以往相比，供给罐相对于配管变细，由此，也不易发生分散有粒子的液状材料的流动停滞。具有前述效果的上下方向较长的细长形状的供给罐还具有能够应对少液量且能够以没有旋转叶片等搅拌机构的简单结构应对的优点。在此，若上述d2/d1小于2，则供给罐的流路面积相对于配管的流路面积过小，很难将液状材料适当地贮存在供给罐中。另一方面，若上述d2/d1超过6，则供给罐的流路面积相对于配管的流路面积过大，分散有粒子的液状材料的流动中容易产生沉淀。因此，若上述d2/d1为2～6，则能够避免这样的问题。基于这样的观点，上述d2/d1更加优选3.5～4.5。
也可以是，在以上结构的基础上，在将所述供给罐的内径设为d2且将所述供给罐的内部空间的上下方向长度设为L1的情况下，L1/d2设定为4～12。
由此，若L1/d2小于4，则供给罐没有成为足够细长的形状，因此容易在分散有粒子的液状材料的流动中产生停滞，若L1/d2超过12，则供给罐过细，无法充分发挥贮存液状材料的作用。因此，若上述L1/d2为4～12，则不易产生这样的问题。基于这样的观点，上述L1/d2更加优选6.5～10.5。
也可以是，在以上结构的基础上，在将所述供给罐的内径设为d2且将所述供给罐的内部空间中的液状材料的液面高度设为L2的情况下，L2/d2设定为1.5～9。
由此，若L2/d2小于1.5，则供给罐内中的液状材料的贮存体积相对过小，无法充分发挥作为燃料箱的作用，若L2/d2超过9，则供给罐内中的液状材料的贮存体积相对过大，在分散有粒子的液状材料的流动中容易产生沉淀。因此，若上述L2/d2为1.5～9，则不易产生这样的问题。基于这样的观点，上述L2/d2更加优选3～5。需要说明的是，在将所述供给罐的内部空间的上下方向长度设为L1的情况下，优选L2/L1设定为0.3～0.6。
也可以是，在以上结构的基础上，所述过滤器是圆筒状的网格过滤器，所述圆筒状的网格过滤器收容在所述供给罐的内部空间中，并且通过所述第一流路向所述供给罐供给的所述液状材料流入该圆筒状的网格过滤器的内部，所述圆筒状的网格过滤器构成为，所述液状材料中的气泡不从所述圆筒状的网格过滤器的内部流出，且所述液状材料中的所述粒子从所述圆筒状的网格过滤器的内流出。
由此，能够使供给罐内的液状材料中的气泡捕捉及粒子通过容许可靠化，更加适当地通过喷墨头涂布分散有粒子的液状材料。
也可以是，在以上结构的基础上，还具有下游端与所述第一流路中的所述泵与所述供给罐之间连接的第五流路，该第五流路的上游端与相比于所述供给罐及回流罐贮存大容量液状材料的原始罐连通，在所述原始罐中设有对所述液状材料进行搅拌的搅拌机构。
由此，能够在第一流路的中途，从原始罐通过第五流路补充供给液状材料并通过泵向供给罐侧泵送。而且，原始罐中设有搅拌液状材料的搅拌机构，因此能够使液状材料中的粒子的分散状态均匀化。
在该情况下，也可以是，所述搅拌机构具有以不与所述原始罐接触的方式配置在液状材料中且借助支承杆悬挂支承的叶片构件，所述叶片构件构成为通过磁体的磁力搅拌液状材料。在该结构中，在所述原始罐的下方部设置使所述叶片构件旋转的磁搅拌器，通过调节为最优转速而实现充分的液状材料的搅拌。
由此，叶片构件以与原始罐的周壁和底壁不接触的状态通过磁体的磁力发挥搅拌作用，阻止伴随叶片构件与原始罐接触的异物产生及该异物向液状材料中混入，维持分散有粒子的液状材料的清洁性。另外，具有在原始罐中的液量消失而进行箱更换时，仅更换原始罐就能够立即搅拌的优点。
也可以是，在以上结构的基础上，在所述喷墨头的喷嘴面实施疏水处理。
由此，阻止分散有粒子的液状材料从喷墨头的喷嘴孔蔓延至喷嘴面，因此能够与上述负压的作用一起维持喷嘴的弯液面的形状适当。
也可以是，在以上结构的基础上，所述粒子是包含在以下层的原料中的粒子：负极活性物质层和正极活性物质层中的在负极或正极的集电体上形成的一个活性物质层；或在该活性物质层上形成的固体电解质层；或者在该固体电解质层上形成的负极活性物质层和正极活性物质层中的另一活性物质层。
由此，能够高效且高品质地制造构成在电池或者电池的制造中途获得的电极片的活性物质层及固体电解质层。需要说明的是，该情况下的电池也可以在负极活性物质层与固体电解质层之间及正极活性物质层与固体电解质层之间中的一方或双方夹设由无机系材料等构成的隔膜，该隔膜用于防止负极与正极间短路。
使用该情况下的喷墨涂布装置(以下，也称为层形成用喷墨涂布装置)，能够提供用于制作负极活性物质层和正极活性物质层中的在负极或正极的集电体上形成的一个活性物质层、或在该活性物质层上形成的固体电解质层、或者在该固体电解质层上形成的负极活性物质层和正极活性物质层中的另一活性物质层的电池制造用装置。
由此，能够实现能够高效且高品质地制造构成在电池或者电池的制造中途获得的电极片的活性物质层及固体电解质层的电池制造用装置。
此外，能够提供下述电池制造用装置，其构成为，从将在长条膜上形成有负极或正极集电体层的具有可挠性的长条基材卷绕成辊状而得的基材卷筒将所述长条基材退绕并横向搬运的中途，通过利用上述层形成用喷墨涂布装置在所述集电体上涂布所述液状材料并使所述液状材料干燥，从而形成负极活性物质层或正极活性物质层，将在所述长条膜上形成有具有所述集电体和所述活性物质层的层叠部的层叠部形成物即电极片以辊状卷取。需要说明的是，上述沿“横向”搬运不限于沿水平方向搬运的情况，包含相对于水平方向以例如10°以内的角度下降倾斜或上升倾斜搬运的情况(以下也相同)。
根据该电池制造用装置，对于构成基材卷筒的长条基材来说，在采用辊对辊方式进行一次从退绕到卷取期间，在长条膜上形成有负极或正极的集电体，且在沿横向搬运该长条基材的中途，利用上述层形成用喷墨涂布装置形成一个活性物质层，从而在长条膜上形成包含集电体及一个活性物质层的层叠部而成为电极片。
另外，能够提供一种电池制造用装置，其构成为，从将在长条膜上形成集电体并在该集电体上形成有负极活性物质层或正极活性物质层的具有可挠性的长条基材卷绕成辊状而得的基材卷筒将所述长条基材退绕并沿横向搬运的中途，通过利用上述层形成用喷墨涂布装置在所述活性物质层上涂布所述液状材料并使所述液状材料干燥而形成固体电解质层，将在所述长条膜上形成有具有所述集电体、所述活性物质层和所述固体电解质层的层叠部的层叠部形成物以辊状卷取。
根据该电池制造用装置，对于构成基材卷筒的长条基材来说，在采用辊对辊方式进行一次从退绕到卷取期间，在长条膜上的负极或正极的集电体上通过丝网印刷或凹版印刷、或者使用上述层形成用喷墨涂布装置或其他喷墨涂布装置等形成有一个活性物质层，且在沿横向搬运该长条基材的中途，在一个活性物质层上利用上述层形成用喷墨涂布装置形成固体电解质层，从而在长条膜上形成包含集电体、一个活性物质层及固体电解质层的层叠部。需要说明的是，该情况下的层叠部也可以在一个活性物质层与固体电解质层之间夹设为了防止负极与正极间短路而由无机系材料等构成的隔膜(对于以下的层叠部也相同)。
此外，能够提供一种电池制造用装置，其构成为，从将在长条膜上形成有负极或正极的集电体并在该集电体上形成有负极活性物质层和正极活性物质层中的一个活性物质层、且在该活性物质层上形成有固体电解质层的具有可挠性的长条基材卷绕成辊状而得的基材卷筒将所述长条基材退绕并沿横向搬运的中途，利用上述层形成用喷墨涂布装置在所述固体电解质层上涂布所述液状材料并使所述液状材料干燥，从而形成负极活性物质层和正极活性物质层中的另一活性物质层，将在所述长条膜上形成有具有所述集电体、所述一个活性物质层、所述固体电解质层和所述另一活性物质层的层叠部的层叠部形成物以辊状卷取。
根据该电池制造用装置，也可以是，对于构成基材卷筒的长条基材来说，在采用辊对辊方式进行一次从退绕到卷取期间，在长条膜上的负极或正极的集电体上通过丝网印刷或凹版印刷、或者使用上述层形成用喷墨涂布装置或其他喷墨涂布装置等，形成一个活性物质层及固体电解质层，且在沿横向搬运该长条基材的中途，在固体电解质上利用上述层形成用喷墨涂布装置形成另一活性物质层，从而在长条膜上形成包含集电体、一个活性物质层、固体电解质层及另一活性物质层的层叠部。需要说明的是，该情况下的层叠部也可以在负极活性物质层与固体电解质层之间及正极活性物质层与固体电解质层之间中的一方或双方，夹设为了防止负极与正极间短路而由无机系材料等构成的隔膜(对于以下的层叠部也相同)。
另外，提供一种电池制造用装置，其构成为，从将在长条膜上形成有负极或正极的集电体的具有可挠性的长条基材卷绕成辊状而得的基材卷筒将所述长条基材退绕并沿横向搬运的中途，形成位于所述集电体上的负极或正极的活性物质层和位于该活性物质层上的固体电解质层，将在所述长条膜上形成有具有所述集电体、所述活性物质层和所述固体电解质层的层叠部的层叠部形成物以辊状卷取，并且，利用上述层形成用喷墨涂布装置涂布所述液状材料并使所述液状材料干燥，从而形成所述活性物质层和所述固体电解质层中的至少一个层。
根据该电池制造用装置，使用以下所述的两种方案在长条膜上形成层叠部。
该情况下的第一方案为，在采用辊对辊方式进行一次从退绕到卷取期间，在负极或正极的集电体上利用上述层形成用喷墨涂布装置形成活性物质层，然后通过丝网印刷或凹版印刷、或者使用上述层形成用喷墨涂布装置或其他喷墨涂布装置等形成固体电解质层，从而在长条膜上形成包含集电体、活性物质层及固体电解质层的层叠部。
该情况下的第二方案为，在采用辊对辊方式进行一次从退绕到卷取期间，在负极或正极的集电体上通过丝网印刷或凹版印刷、或者使用上述层形成用喷墨涂布装置或其他喷墨涂布装置等形成活性物质层，然后利用上述层形成用喷墨涂布装置形成固体电解质层，从而在长条膜上形成包含集电体、活性物质层及固体电解质层的层叠部。
此外，提供一种电池制造用装置，其构成为，从将在长条膜上形成有负极或正极的集电体的具有可挠性的长条基材卷绕成辊状而得的基材卷筒将所述长条基材退绕并沿横向搬运的中途，形成位于所述集电体上的负极活性物质层和正极活性物质层中的一个活性物质层、位于该活性物质层上的固体电解质层、和位于该固体电解质层上的负极活性物质层和正极活性物质层中的另一活性物质层，将在所述长条膜上形成有具有所述集电体、所述一个活性物质层、所述固体电解质层和所述另一活性物质层的层叠部的层叠部形成物以辊状卷取，并且，所述一个活性物质层、所述固体电解质层和所述另一活性物质层中的至少一个层利用上述层形成用喷墨涂布装置涂布所述液状材料并使所述液状材料干燥而形成。
根据该电池制造用装置，使用以下所述三种方案在长条膜上形成层叠部。
该情况下的第一方案为，在采用辊对辊方式进行一次从退绕到卷取期间，在负极或正极的集电体上利用上述层形成用喷墨涂布装置形成一个活性物质层，然后通过丝网印刷或凹版印刷、或者使用上述层形成用喷墨涂布装置或其他喷墨涂布装置等形成固体电解质层和另一活性物质层，从而在长条膜上形成包含集电体、一个活性物质层、固体电解质层及另一活性物质层的层叠部。
该情况下的第二方案为，在采用辊对辊方式进行一次从退绕到卷取期间，在负极或正极的集电体上通过丝网印刷或凹版印刷、或者使用上述层形成用喷墨涂布装置或其他喷墨涂布装置等形成一个活性物质层，之后利用上述层形成用喷墨涂布装置形成固体电解质层，然后通过丝网印刷或凹版印刷、或者使用上述层形成用喷墨涂布装置或其他喷墨涂布装置等形成另一活性物质层，从而在长条膜上形成包含集电体、一个活性物质层、固体电解质层及另一活性物质层的层叠部。
该情况下的第三方案为，在采用辊对辊方式进行一次从退绕到卷取期间，在负极或正极的集电体上通过丝网印刷或凹版印刷、或者使用上述层形成用喷墨涂布装置或其他喷墨涂布装置等形成一个活性物质层和固体电解质层，然后利用上述层形成用喷墨涂布装置形成另一活性物质层，从而在长条膜上形成包含集电体、一个活性物质层、固体电解质层及另一活性物质层的层叠部。
另外，能够提供一种电池制造用装置，其构成为，从将在长条膜上形成集电体并在该集电体上形成有负极活性物质层或正极活性物质层的具有可挠性的长条基材卷绕成辊状而得的基材卷筒将所述长条基材退绕并沿横向搬运的中途，形成位于所述活性物质层上的固体电解质层及位于该固体电解质层上的负极活性物质层和正极活性物质层中的另一活性物质层，将在所述长条膜上形成有具有所述集电体、一个活性物质层、所述固体电解质层和所述另一活性物质层的层叠部的层叠部形成物以辊状卷取，并且，所述固体电解质层和所述另一活性物质层中的至少一个层通过利用上述层形成用喷墨涂布装置涂布所述液状材料并使所述液状材料干燥而形成。
根据该电池制造用装置，使用以下所述的两种方案在长条膜上形成层叠部。
该情况下的第一方案为，对于构成基材卷筒的长条基材来说，在采用辊对辊方式进行一次从退绕到卷取期间，是在长条膜上的负极或正极的集电体上通过丝网印刷或凹版印刷、或者使用上述层形成用喷墨涂布装置或其他喷墨涂布装置等形成有一个活性物质层的电极片，且在作为该长条基材的电极片沿横向搬运的中途，在一个活性物质层上利用上述层形成用喷墨涂布装置形成固体电解质层，然后通过丝网印刷或凹版印刷、或者使用上述层形成用喷墨涂布装置或其他喷墨涂布装置等形成另一活性物质层，从而在长条膜上形成包含集电体、一个活性物质层、固体电解质层及另一活性物质层的层叠部。
该情况下的第二方案为，构成基材卷筒的长条基材是电极片，其在采用辊对辊方式进行一次从退绕到卷取期间，在长条膜上的负极或正极的集电体上通过丝网印刷或凹版印刷、或者使用上述层形成用喷墨涂布装置或其他喷墨涂布装置等形成一个活性物质层，且在作为该长条基材的电极片沿横向搬运的中途，在一个活性物质层上通过丝网印刷或凹版印刷、或者使用上述层形成用喷墨涂布装置或其他喷墨涂布装置等形成固体电解质层，然后利用上述层形成用喷墨涂布装置形成另一活性物质层，从而在长条膜上形成包含集电体、一个活性物质层、固体电解质层及另一活性物质层的层叠部。
发明效果
如上所述，根据本发明，能够阻止向喷墨涂布装置的供给罐供给的液状材料以气泡与粒子混合的状态流入喷墨头，通过喷墨头适当地涂布该分散有粒子的液状材料。
附图说明
图1是示出本发明第一实施方式的喷墨涂布装置的整体结构的概略主视图。
图2是示出作为本发明第一实施方式的喷墨涂布装置的结构要素的供给罐的详细结构的放大纵剖主视图。
图3是示出作为本发明第一实施方式的喷墨涂布装置的结构要素的回流罐的详细结构的放大纵剖主视图。
图4是示出作为本发明第一实施方式的喷墨涂布装置的结构要素的喷墨头的第一例的仰视图。
图5是示出使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置制作的电池的第一例的立体图。
图6是示出作为本发明第一实施方式的喷墨涂布装置的结构要素的喷墨头的喷嘴周边结构的第一例的概略主视图。
图7是示出使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第一例的概略侧视图。
图8是示出通过使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第一例制造电池的过程的概略俯视图。
图9是示出通过使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第一例制造电池的过程的概略侧视图。
图10是示出通过使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第一例制造电池的过程的概略俯视图。
图11是示出通过使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第一例制造电池的过程的概略侧视图。
图12是示出通过使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第一例制造电池的过程的概略俯视图。
图13是示出通过使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第一例制造电池的过程的概略侧视图。
图14是示出通过使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第一例制造电池的过程的概略侧视图。
图15是示出通过使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第一例制造电池的过程的概略侧视图。
图16是示出通过使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第一例制造电池的过程的概略侧视图。
图17是示出通过使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第一例制造电池的过程的概略侧视图。
图18是示出通过使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第一例制造电池的过程的概略侧视图。
图19是示出通过使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第一例制造电池的过程的概略侧视图。
图20是示出使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第二例的概略侧视图。
图21是示出通过使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第二例制造电池的过程的概略侧视图。
图22是示出通过使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第二例制造电池的过程的概略侧视图。
图23是示出通过使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第二例制造电池的过程的概略侧视图。
图24是示出使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第三例的概略俯视图。
图25是示出使用本发明第一实施方式的喷墨涂布装置构成的电池制造用装置的第三例的一部结构要素的概略侧视图。
图26是示出本发明第二实施方式的喷墨涂布装置的整体结构的概略主视图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式的喷墨涂布装置及电池制造用装置。
<第一实施方式>
图1是示出本发明第一实施方式的喷墨涂布装置(以下，简称为“涂布装置”)的整体结构的概略主视图。如该图所示，涂布装置1包括：将通过泵2泵送的液状材料向供给罐3供给的第一流路4；将供给罐3内的液状材料向喷墨头5供给的第二流路6；使供给至喷墨头5的液状材料返回至回流罐7的第三流路8；以及从回流罐7向泵2供给液状材料的第四流路9。因此，该涂布装置1中的液状材料的循环路径构成经由喷墨头5的循环路径。
第二流路6设置有对从供给罐3向喷墨头5的液状材料的供给与停止进行切换的供给阀10，并且，第三流路8设置有对从喷墨头5向回流罐7的液状材料的返回与停止进行切换的返回阀11。供给阀10及返回阀11主要在喷墨头5的更换时关闭，发挥防止液状材料从配管滴落的作用。此外，第三流路8设置有对从喷墨头5流向回流罐7的液状材料进行温度调节(主要是冷却)的珀尔帖单元12。
供给罐3中的液状材料的液面31的上部空间经由大气开放流路13与大气连通，在该大气开放流路13设置有对与大气的连通和阻断进行切换的大气切换阀14。另外，回流罐7中的液状材料的液面15的上部空间经由负压流路16与负压产生机构17连通，在该负压流路16设置有对负压的流通与阻断进行切换的负压切换阀18。
此外，该涂布装置1具有下游端连接在第一流路4中的泵2与供给罐3之间的第五流路19，该第五流路19的上游端与原始罐20连通。在该第五流路19上设置有：辅助泵21，其将原始罐20内的液状材料从第一流路4的中途向供给罐3泵送而进行补充；以及补充切换阀22，其对基于该辅助泵21的液状材料的补充与停止进行切换。需要说明的是，该原始罐20与供给罐3及回流罐7相比贮存大容量的液状材料。
原始罐20设有对所贮存的液状材料进行搅拌的搅拌机构23。该搅拌机构23具有叶片构件25，该叶片构件25以不与原始罐20接触的方式配置在液状材料中，且借助支承杆24悬挂支承。需要说明的是，支承杆24借助轴承以能够旋转的方式支承在覆盖原始罐20上部的盖体26(或其上方的固定构件)。另外，优选叶片构件25安装在距离原始罐20的底面大约3～8mm附近的位置，以在原始罐20的内部液量下降了的情况下也能够充分地进行搅拌。而且，叶片构件25构成为，通过在原始罐20的外侧下部配置的磁体27的磁力28以适当的转速旋转，从而对贮存在原始罐20中的液状材料进行搅拌。
图2是详细示出供给罐3的结构的纵剖主视图。如该图所示，供给罐3使内部空间形成为圆柱状，并且上部通过盖体29以密闭状覆盖，构成第一流路4的第一配管30的下游侧部分贯通盖体29而到达供给罐3内。而且，如图例所示，第一配管30的下端优选位于供给罐3的液状材料的液面31的稍微靠下方的位置。其理由在于，为了防止从第一配管30的下端排出的液状材料在供给罐3的内部空间与空气混合而不可避免地产生气泡。另外，供给罐3的内部空间以下端部成为圆锥状的方式，随着趋向下方而逐渐变细，在该变细部分32的下端，与构成第二流路6的第二配管33连接。需要说明的是，供给罐3在上端具有凸缘部34，盖体29密封固定在该凸缘部34。另外，在该凸缘部34上形成与供给罐3的内部空间连通的流通孔35，该流通孔35与构成大气开放流路13的大气开放用配管36连接。
供给罐3与第一配管30的关系为，在将第一配管30的内径设为d1且将供给罐3的内径设为d2的情况下，d2/d1设定为2～6。而且，供给罐3为，内部空间的上下方向长度L1比内径d2长。详细来说，在将供给罐的内径设为d2且将供给罐3的内部空间的上下方向长度设为L1的情况下，L1/d2设定为4～12。此外，在将供给罐3的内径设为d2且将供给罐3内中的液状材料的液面31的高度设为L2的情况下，L2/d2设定为1.5～9。
而且，在该供给罐3的内部空间配置有形成为有底圆筒状的网格过滤器40。该网格过滤器40的上端固定在供给罐3的上端，且下端位于与供给罐3的下端相比稍微靠上方且与供给罐3不接触的位置。而且，该网格过滤器40与供给罐3同心配置，在将网格过滤器40的内径设为d3且将供给罐3的内径设为d2的情况下，d2/d3设定为1.5～3。该网格过滤器40的圆筒状主干部40a完全覆盖位于供给罐3内的第一配管30的外周部，其底部40b形成为圆锥状。此外，该网格过滤器40是不锈钢(SUS)制，且网格数量是300～800格，线径是0.03～0.09mm。
更具体来说，第一配管30的内径d1为3～6mm，第一配管30的供给罐3内的长度L3为50～100mm，供给罐3的内径d2为10～30mm，供给罐3的内部空间的上下方向长度L1为100～200mm，网格过滤器40的内径d3为7～15mm，网格过滤器40的上下方向的长度L4为90～190mm。
图3是详细示出回流罐7的结构的纵剖主视图。该回流罐7与上述供给罐3的区别在于：未设有网格过滤器40；在上方具有构成第三流路8的第三配管41，并在下方具有构成第四流路9的第四配管42，且在上端侧方具有构成负压流路16的负压用配管43；以及第三配管41弯曲且其下端与回流罐7的内周面接触。其他结构与上述供给罐3相同，因此对二者3、7共通的结构要件(也包含各种尺寸的附图标记及其数值)标注相同的附图标记，省略其说明。
图4是从下方观察下端部具有本实施方式使用的喷墨头5的喷墨头单元45的概略仰视图。该单元45将多个(在图例中为3个)喷墨头5交错排列，在这些喷墨头5的喷嘴面(下表面)46，多个喷嘴孔47在图例中以两列交错配设。在该情况下，第二流路6及第三流路8从喷墨头单元45的内部通过并与多个喷墨头5连通。而且，在多个喷墨头5各自的喷嘴面46实施疏水处理。
图5是示出通过使用具有以上构成的涂布装置1的电池制造用装置(后述)来制造的电池(全固体锂电池)的基本结构的概略立体图。如该图所示，该电池由负极集电体50和与该负极集电体50接合的负极活性物质层51构成负极52A，并且，由正极集电体53和与该正极集电体53接合的正极活性物质层54构成正极52B。而且，在负极活性物质层51与正极活性物质层54之间夹设有固体电解质层55。需要说明的是，存在在负极活性物质层51与固体电解质层55之间及正极活性物质层54与固体电解质层55之间中的一方或双方，夹设有防止正极与负极间短路的由无机系材料等构成的隔膜的情况。
在此，作为负极集电体50及正极集电体53，能够使用金属箔(例如铜箔、铝箔或SUS箔等)。
另外，负极活性物质层51及正极活性物质层54的形成材料(液状材料)中分散有粒子，详细说明如下。即，通过使负极及正极的活性物质粒子分散在溶剂(分散介质)中，从而能够作为二者51、54的形成材料使用。具体来说，这些形成材料为了以喷墨方式稳定地喷出，是将油墨物性调整为25℃下的粘度为6～20mPa·s且25℃下的表面张力为25～45mN·m范围的液状材料。另外，所含有的活性物质粒子采用最大粒径为5μm以下的物质。需要说明的是，关于这些形成材料，只要是能够以喷墨方式喷出的粒子分散墨，并无特别限定。例如，作为负极活性物质粒子，能够使用天然石墨、人造石墨等碳基材料。另外，作为正极活性物质粒子，能够使用Li-Mn系氧化物、Li-Ni系氧化物、Li-Co系氧化物等。而且，粒子分散液优选在静置后20分钟以内未完全沉降、重新凝集的油墨。需要说明的是，在仅有粒子、溶剂而无法抑制沉降或凝集的情况下，能够通过与分散剂组合使用来制作稳定的分散液。此外，优选在这些形成材料中添加粘结剂等用于提高密合性的添加剂。另外，为了提高负极及正极的活性物质层51、54中的离子传导性，优选添加碳黑等导电助剂。
此外，固体电解质层55的形成材料(液状材料)也分散有粒子，详细说明如下。即，能够通过使无机固体电解质粒子分散在溶剂(分散介质)中来使用。具体来说，这些形成材料为了以喷墨方式稳定地喷出，是将油墨物性调整为25℃下的粘度为6～20mPa·s且25℃下的表面张力为25～45mN·m范围的液状材料。另外，所含有的无机固体电解质能够使用最大粒径为5μm以下的物质。需要说明的是，关于这些形成材料，只要是能够以喷墨方式喷出的粒子分散墨，并无特别限定。例如，能够使用LGPS等硫化物系电解质系或LiPON等氧化物系电解质系的粒子等。而且，粒子分散液优选使在静置后20分钟以内未完全沉降、重新凝集的墨。需要说明的是，在仅有粒子、溶剂而无法抑制沉降或凝集的情况下，能够通过与分散剂组合使用来制作稳定的分散液。此外，优选在这些形成材料中添加用于提高粘结剂等密合性的添加剂。
在该第一实施方式中，如上所述的分散有粒子的液状材料通过涂布装置1涂布。该粒子的最大粒径为1～10μm，更加优选的最大粒径的下限值为3μm，更加优选的最大粒径的上限值为7μm。
接下来，说明具有以上构成的第一实施方式的涂布装置1的作用效果。
在图1所示的循环式循环路径中，通过泵2泵送的液状材料通过第一流路4被向供给罐3供给。此时，供给阀10及返回阀11打开，从而处于液状材料相对于喷墨头5流通的状态。另外，大气切换阀14打开而处于相对于供给罐3为大气开放的状态，但泵2始终驱动，因此通过负压切换阀18打开，从而处于相对于回流罐7作用负压的状态。此外，通过将补充切换阀22关闭且使辅助泵21处于非驱动状态，从而处于停止从原始罐20向第一流路4补充液状材料的状态。
在这样的状态下，执行通过泵2泵送的液状材料通过第一流路4、供给罐3、第二流路6、喷墨头5、第三流路8、回流罐7及第四流路9而返回至泵2的动作。在执行这样的动作时，在通过第一流路4向供给罐3供给的液状材料中混入有因泵2的泵送而产生的气泡。而且，在该液状材料中分散有上述粒子。因此，在向供给罐3供给的液状材料中混合有气泡和粒子。
像这样处于气泡与粒子混合状态的液状材料经由图2所示的第一配管30而流入供给罐3的液状材料的液面31的下方。在该情况下，在供给罐3的内部空间内配置有网格数量为300～800格、线径为0.03～0.09mm且具有底部的有底圆筒状的网格过滤器40。在该情况下，网格过滤器40在全长范围内以袋状覆盖供给罐3内中的第一配管30，因此经由第一配管30供给的液状材料全部流入该网格过滤器40的内部。而且，液状材料中的气泡基本上全部被该网格过滤器40捕捉，且基本上使全部粒子通过。其结果，存在粒子且基本上不存在气泡的液状材料流出至供给罐3内的网格过滤器40的外周侧空间。需要说明的是，关于该网格过滤器40适当地捕捉气泡且适当地使粒子通过的功能，在后述的[实施例1]中详细说明。
此外，供给至供给罐3内液状材料能够获得下述优点。即，表示第一配管30的内径d1与供给罐3的内径d2的关系的d2/d1是2～6，供给罐3的内部空间的上下方向长度L1比供给罐3的内径d2长。由此，供给罐3为上下方向较长的细长形状，且与以往相比，供给罐3相对于第一配管30变细，因此分散有粒子的液状材料在供给罐3内的流通速度变快，不易发生流动停滞。为了获得这样的优点，上述d2/d1更加优选3.5～4.5。另外，表示供给罐3的内径d2与供给罐3的内部空间的上下方向长度L1的关系的L1/d2为4～12。由此，通过将供给罐3设为上下方向较长的细长形状而使液状材料的高流速化及阻止停滞的效果更进一步提高。为了获得这样的优点，上述L1/d2优选5～10。此外，表示供给罐3的内径d2与供给罐3内中的液状材料的液面31的高度L2的关系的L2/d2为1.5～9。由此，分散有粒子的液状材料的流量适当，不易产生沉淀等。为了获得这样的优点，上述L2/d2更加优选3～5。表示网格过滤器40的内径d3与供给罐3的内径d2的关系的d2/d3是1.5～3。由此，能够充分实现网格过滤器40捕捉气泡的功能和使粒子通过的功能。为了获得这样的优点，上述d2/d3更加优选1.8～2.5。
而且，该涂布装置1具有图1所示的结构，从而还能够获得下述优点。即，该涂布装置1采用液状材料循环的循环形式，即使在未从喷墨头5喷出液状材料的情况下，液状材料也循环，因此液状材料始终流动。因此，能够阻止在液状材料流动停止的情况下可能产生的粒子的沉降及凝集。而且，如前所述，该液状材料中的粒子的最大粒径为1～10μm，优选其下限值为3μm、上限值为7μm，而喷墨头5的喷嘴孔47的直径为20～60μm。因此，在粒子沉降并凝集的情况下，很难从喷嘴孔47以使粒子均匀分散的状态喷出液状材料而发生喷出异常，但在该涂布装置1中，由于能够阻止粒子的沉降及凝集，因此不易发生喷出异常。另外，在液状材料从喷墨头5返回的第三流路8中配设有珀尔帖单元12，因此，在喷墨头5内液状材料的温度升高了的情况下，能够通过珀尔帖单元12进行冷却，将液状材料始终维持为适当的温度。此外，由于在回流罐7内作用有负压，因此如图6中附图标记A1所示，喷嘴孔47中生成适当的弯液面60。而且，该图所示的喷墨头5的喷嘴面46实施了疏水处理，因此也不妨碍适当的弯液面60的生成。
具有以上结构及作用效果的涂布装置1被用于下述电池制造用装置。
图7是示出这种电池制造用装置的概略侧视图。如该图所示，该电池制造用装置70采用辊对辊方式，作为主要结构要素包括辊对辊中的退绕装置71及卷取装置72、上述涂布装置1和热干燥装置73。
在该电池制造用装置70中，作为被涂布物的长条基材74在由树脂等构成的长条膜49上(外周侧)形成有负极集电体50或正极集电体53，或在其上形成有负极活性物质层51，或者在其上形成有固体电解质层55。而且，在从将该长条基材74以辊状卷绕的基材卷筒75将长条基材74退绕并沿横向搬运的中途，在该长条基材74上形成负极活性物质层51、固体电解质层55和正极活性物质层54中的某一个层。此外，构成为，在长条膜49上具有包含该一个层的层叠部的层叠部形成物76被以辊状卷取为卷取卷77。
在该情况下，长条基材74从基材卷筒75的退绕通过退绕装置71进行，并且，作为层叠部形成物76的卷取卷77的卷取通过卷取装置72进行。此外，向横向搬运的长条基材74上的一个层的形成通过涂布装置1和热干燥装置73进行。
热干燥装置73构成为，在通过喷墨头5在长条基材74上涂布有作为一个层的形成材料的液状材料的长条基材74的涂布后部分74a的上侧空间及下侧空间，分别将多个热风吹风口78和收容有远红外线灯或近红外线灯的多个灯罩79沿搬运方向交替配设。需要说明的是，此处的热干燥装置73可以是热风吹风口78和灯罩79中的仅某一方。另外，热风吹风口78或者灯罩79也可以配置在上述上侧空间和下侧空间中的仅某一方。此外，灯罩79可以由远红外线灯等灯具构成，也可以是使用加热器的基于陶瓷喷涂等的远红外线照射单元。以上设置考虑由所述液状材料形成的膜品质、干燥时间等选择最优条件。
根据该电池制造用装置70，从基材卷筒75被退绕并横向(箭头A所示的方向)搬运的长条基材74，在通过涂布装置1时，被从喷墨头5的大量喷嘴孔47涂布作为一个层的形成材料的液状材料(分散有粒子的液状材料)。
在该情况下，在长条基材74在长条膜49上沿长尺寸方向间歇形成有负极集电体50的情况下，如图8所示，在负极集电体50上通过涂布装置1及热干燥装置73形成的负极活性物质层51也沿长尺寸方向间歇形成，因此，通过喷墨头5在负极集电体50上涂布的液状材料的涂布区域也如该图中平行斜线所示，为沿长尺寸方向间歇的矩形区域。而且，连续依次通过热干燥装置73干燥，从而如图9所示，在负极集电体50上依次形成负极活性物质层51。因此，在该情况下，制得在长条膜49上沿长尺寸方向间歇形成具有负极集电体50和负极活性物质层51的层叠部而成的层叠部形成物76。而且，通过将该层叠部形成物76以辊状卷取而制得卷取卷77。
另外，在长条基材74在长条膜49上沿长尺寸方向连续形成有负极集电体50的情况下，如图10所示，优选在负极集电体50上通过涂布装置1及热干燥装置73形成的负极活性物质层51沿长尺寸方向间歇形成，在该情况下，通过喷墨头5在负极集电体50上涂布的液状材料的涂布区域也如该图中平行斜线所示，成为沿长尺寸方向间歇的矩形区域。而且，依次通过热干燥装置73对这些矩形区域进行干燥，从而如图11所示，在连续形成的负极集电体50上依次形成负极活性物质层51。因此，在该情况下，能够制得在长条膜49上沿长尺寸方向形成具有连续的负极集电体50和间歇的负极活性物质层51的层叠部而成的层叠部形成物76。而且，通过将该层叠部形成物76以辊状卷取而制得卷取卷77。
需要说明的是，在长条基材74在长条膜49上沿长尺寸方向连续形成有负极集电体50的情况下，如图12所示，在负极集电体50上通过涂布装置1及热干燥装置73形成的负极活性物质层51也可以沿长尺寸方向连续形成，在该情况下，通过喷墨头5在负极集电体50上涂布的液状材料的涂布区域也如该图中平行斜线所示，成为沿长尺寸方向连续的区域。而且，通过该连续的区域由热干燥装置73干燥，从而如图13所示，在连续形成的负极集电体50上依次形成负极活性物质层51。因此，在该情况下，能够获得由沿长尺寸方向形成有在长条膜49上具有连续的负极集电体50和连续的负极活性物质层51的层叠部而成的层叠部形成物76构成的电极片。而且，通过将该层叠部形成物76通过将以辊状卷取而制得卷取卷77。
上述长条基材74在长条膜49上形成有负极集电体50，但除此以外，也可以是下述长条基材74。即，在图14中，长条基材74在长条膜49上使负极集电体50与负极活性物质层51均沿长尺寸方向间歇形成。因此，在该情况下，如该图所示，获得在长条膜49上具有负极集电体50、负极活性物质层51及固体电解质层55的层叠部沿长尺寸方向间歇形成而成的层叠部形成物76。另外，在图15中，长条基材74在长条膜49上形成有沿长尺寸方向连续的负极集电体50和沿长尺寸方向间歇的负极活性物质层51。因此，在该情况下，如该图所示获得在长条膜49上具有连续的负极集电体50、间歇的负极活性物质层51及间歇的固体电解质层55的层叠部沿长尺寸方向形成而成的层叠部形成物76。此外，在图16中，长条基材74在长条膜49上形成有沿长尺寸方向连续的负极集电体50和沿长尺寸方向连续的负极活性物质层51。因此，在该情况下，如该图所示，还能够获得在长条膜49上沿长尺寸方向形成有具有连续的负极集电体50、连续的负极活性物质层51及连续的固体电解质层55的层叠部而成的层叠部形成物76。另外，在图17中，长条基材74为，负极集电体50、负极活性物质层51及固体电解质层55均沿长尺寸方向间歇形成在长条膜49上。因此，在该情况下，如该图所示，能够获得在长条膜49上沿长尺寸方向间歇形成有具有负极集电体50、负极活性物质层51、固体电解质层55及正极活性物质层54的层叠部而成的层叠部形成物76。此外，在图18中，长条基材74为，在长条膜49上形成有沿长尺寸方向连续的负极集电体50、沿长尺寸方向间歇的负极活性物质层51和沿长尺寸方向间歇的固体电解质层55。因此，在该情况下，如该图所示，能够获得在长条膜49上沿长尺寸方向形成有具有连续的负极集电体50、间歇的负极活性物质层51、间歇的固体电解质层55和间歇的正极活性物质层54的层叠部而成的层叠部形成物76。另外，在图19中，长条基材74为，在长条膜49上形成有沿长尺寸方向连续的负极集电体50、沿长尺寸方向连续的负极活性物质层51及沿长尺寸方向连续的固体电解质层55。因此，在该情况下，如该图所示，能够获得在长条膜49上沿长尺寸方向形成有具有连续的负极集电体50、连续的负极活性物质层51、连续的固体电解质层55和连续的正极活性物质层54的层叠部而成的层叠部形成物76。
在此，负极集电体50及正极集电体53的厚度优选5～20μm。另外，负极活性物质层51及正极活性物质层54的厚度优选5～20μm。此外，固体电解质层55的厚度优选5～15μm。需要说明的是，长条膜49的厚度优选50～200μm。
需要说明的是，如图10及图12所示，负极集电体50的宽度方向(与长边方向正交的方向)的尺寸比负极活性物质层51及固体电解质层55的宽度方向的尺寸长，从而，负极集电体50的宽度方向的两端从负极活性物质层51及固体电解质层55的宽度方向的两端伸出。另外，在长条膜49的退绕开始侧的规定长度区域未形成负极集电体50、负极活性物质层51及固体电解质层55，且在长条膜49的退绕结束侧的规定长度区域也未形成这些层50、51、55。
在以上说明的长条基材74中，不需要负极活性物质层51与固体电解质层55的至少一个层通过涂布装置1及热干燥装置73形成，也可以通过丝网印刷或凹版印刷等或具有其他结构的喷墨涂布装置和干燥装置形成。而且，长条基材74即使是上述某一种，也在长条膜49上形成负极活性物质层51、固体电解质层55和正极活性物质层54，之后采用辊对辊方式等在正极活性物质层54上形成正极集电体53，然后将所获得的长条物按规定长度切断，最终获得图5所示的全固体锂电池。
需要说明的是，在以上的说明中，负极集电体50及负极活性物质层51可以是正极集电体53及正极活性物质层54，且正极集电体53及正极活性物质层54可以是负极集电体50及负极活性物质层51。
图20是示出其他电池制造用装置的概略侧视图。如该图所示，该电池制造用装置80与上述电池制造用装置70的区别在于，在辊对辊中的退绕装置71与卷取装置72之间，在沿着搬运方向的三个位置具有涂布装置1及热干燥装置73。而且，这些涂布装置1及热干燥装置73的结构与上述电池制造用装置70中的涂布装置1及热干燥装置73的结构相同，因此对二者70、80共通的结构要件标注相同附图标记，省略其说明。
根据该图20所示的电池制造用装置80，从基材卷筒75退绕的长条基材74在长条膜49上形成有负极集电体50。而且，该长条基材74在横向搬运的中途接受三次由涂布装置1进行的液状材料的涂布和热干燥装置73针对该液状材料的干燥作用。因此，通过搬运方向后方侧(该图左侧)的第一个涂布装置1及热干燥装置73，在长条基材74的负极集电体50上形成负极活性物质层51，通过第二个涂布装置1及热干燥装置73在负极活性物质层51上形成固体电解质层55，通过第三个涂布装置1及热干燥装置73在固体电解质层55上形成正极活性物质层54。
在该情况下，在长条基材74在长条膜49上沿长尺寸方向间歇形成负极集电体50的情况下，如图21中的附图标记X1所示，通过第一个涂布装置1及热干燥装置73在负极集电体50上依次形成负极活性物质层51，然后如该图中附图标记X2所示，通过第二个涂布装置1及热干燥装置73在负极活性物质层51上形成固体电解质层55，之后如该图中附图标记X3所示，通过第三个涂布装置1及热干燥装置73在固体电解质层55上形成正极活性物质层54。因此，在该情况下，获得在长条膜49上沿长尺寸方向间歇形成具有各层50、51、55、54的层叠部而成的层叠部形成物76。而且，通过将该层叠部形成物76以辊状卷取而制得卷取卷77。
另外，在长条基材74在长条膜49上沿长尺寸方向连续形成负极集电体50的情况下，如图22中附图标记Y1所示，优选通过第一个涂布装置1及热干燥装置73，在连续的负极集电体50上依次间歇形成各负极活性物质层51。然后如该图中附图标记Y2所示，通过第二个涂布装置1及热干燥装置73，在各负极活性物质层51上形成各固体电解质层55、之后如该图中附图标记Y3所示，通过第三个涂布装置1及热干燥装置73，在各固体电解质层55上形成各正极活性物质层54。因此，在该情况下，获得在长条膜49上沿长尺寸方向形成具有连续的负极集电体50和间歇的各层51、55、54的层叠部而成的层叠部形成物76。
需要说明的是，在长条基材74在长条膜49上沿长尺寸方向连续形成负极集电体50的情况下，如图23中附图标记Z1所示，也可以通过第一个涂布装置1及热干燥装置73，在连续的负极集电体50上形成连续的负极活性物质层51。然后如该图中附图标记Z2所示，通过第二个涂布装置1及热干燥装置73，在连续的负极活性物质层51上形成连续的固体电解质层55，之后如该图中附图标记Z3所示，通过第三个涂布装置1及热干燥装置73，在连续的固体电解质层55上形成连续的正极活性物质层54。因此，在该情况下，获得在长条膜49上沿长尺寸方向形成具有连续的负极集电体50和连续的各层51、55、54的层叠部而成的层叠部形成物76。
以上说明的电池制造用装置80在搬运方向的三个位置使用涂布装置1及热干燥装置73，但也可以在搬运方向的一个位置或两个位置，使用进行丝网印刷或凹版印刷等的装置或具有其他结构的喷墨涂布装置和干燥装置。而且，通过该电池制造用装置80，将在长条基材74上形成有负极活性物质层51、固体电解质层55和正极活性物质层54的层叠部形成物以辊状卷取后，进一步采用辊对辊方式等，在正极活性物质层54上形成正极集电体53，然后将所获得的长条物按规定长度切断，从而最终获得图5所示的全固体锂电池。
需要说明的是，在以上说明中，负极集电体50及负极活性物质层51也可以是正极集电体53及正极活性物质层54，且正极集电体53及正极活性物质层54也可以是负极集电体50及负极活性物质层51。
另外，除此以外还能够采用下述方法。即，使用三个位置中的仅两个位置的涂布装置1及热干燥装置73，或仅在两个位置设置涂布装置1及热干燥装置73。而且，预先将长条基材74形成为在长条膜49上形成有负极集电体50和负极活性物质层51的电极片，在作为该长条基材74的电极片的横向搬运中途，使用两个位置的涂布装置1及热干燥装置73形成固体电解质层55和正极活性物质层54，制作卷取卷77。需要说明的是，在该情况下，也可以在两个位置中的一个位置使用进行丝网印刷或凹版印刷等的装置或具有其他结构的喷墨涂布装置和干燥装置。
图24是采用单片式(逐片处理的方式)电池制造用装置90的概略俯视图。如该图所示，该电池制造用装置90设有带有机器人手91的机器人92。而且，在该机器人92的周围具有：取出部94，其用于将堆叠的处理前片材(基板)93逐片取出；喷墨涂布部95，其向取出的片材93的负极集电体50上涂布作为负极活性物质层51和固体电解质层55的形成材料的液状材料；热干燥部96，其使片材93上的该液状材料干燥；以及收纳部97，其将完成以上处理的片材93堆叠收纳。机器人手91能够旋转移动、上下移动及屈伸移动等，在其顶端部，如图25所示，安装有用于吸附保持片材93的多个(在图例中为4个)吸盘98。因此，如图24所示，机器人手91能够相对于取出部94、喷墨涂布部95、热干燥部96和收纳部97，将片材93以水平姿态吸附保持并搬出、搬入。而且，机器人手91的吸盘98以不与负极集电体50或其上的层51、55干涉的方式，对片材93进行吸附保持。
喷墨涂布部95具有：工作台99，其载置片材93并能够沿该图左右方向滑动；以及多个(在图例中为两个)喷墨头5，其固定设置在该工作台99的移动路径中途的上方。需要说明的是，虽未图示，但在该喷墨涂布部95配备有前述的涂布装置1，并且，在该喷墨涂布部95中，通过机器人手91从取出部94取出的片材93被载置在工作台99上，在工作台99从该图左侧向右滑动的中途，在片材93上的负极集电体50上涂布作为负极活性物质层51、固体电解质层55以及正极活性物质层54的形成材料的液状材料。在该液状材料的涂布后，工作台99向该图左方滑动，机器人手91吸附保持该工作台99上的片材93，并搬入热干燥部96的热干燥处理室100内。需要说明的是，虽未图示，但在热干燥处理室100内配备有前述的热干燥装置73。而且，通过在热干燥处理室100内对上述涂布的液状材料进行干燥，从而形成负极活性物质层51或固体电解质层55以及正极活性物质层54。之后，机器人手91吸附保持片材93，并在将其从热干燥处理室100搬出后，堆叠在收纳部97。通过重复执行以上动作，从而处理完成的片材93以多片堆叠的状态收纳在收纳部97中。需要说明的是，在该情况下，负极集电体50及负极活性物质层51也可以是正极集电体53及正极活性物质层54。另外，在该电池制造用装置90中使用热干燥部96使液状材料干燥，但也可以具有取而代之或与之一起进行减压干燥的减压干燥部。此外，在该电池制造用装置90中使用机器人手81，但也可以使用其他方式的基板移载机。
＜第二实施方式＞
图26是示出本发明第二实施方式的喷墨涂布装置(以下简称为“涂布装置”)的整体结构的概略主视图。该第二实施方式的涂布装置101与上述第一实施方式的涂布装置1的区别在于不具有回流罐，因此液状材料的循环路径为非循环式。因此，将通过泵21(在第一实施方式中为辅助泵21)泵送的液状材料向供给罐3供给的第一流路4与原始罐20直接连通，且从供给罐3向喷墨头5供给液状材料的第二流路6在中途分支为两条而到达喷墨头5。需要说明的是，供给罐3及原始罐20的详细结构以及液状材料与上述第一实施方式相同。另外，该涂布装置101能够与第一实施方式的情况同样地应用于前述的电池制造用装置70、80，90。因此，关于该涂布装置101，对与上述第一实施方式的涂布装置1共通的结构要件标注相同附图标记，省略其说明。
需要说明的是，在以上实施方式中，在负极活性物质层51上直接形成有固体电解质层55，但也可以通过预先在负极活性物质层51上形成前述的隔膜，而在负极活性物质层51上隔着隔膜形成固体电解质层55。另外，在以上的实施方式中，在正极活性物质层54上直接形成有固体电解质层55，但也可以通过预先在正极活性物质层54上形成前述的隔膜，从而在正极活性物质层54上隔着隔膜形成固体电解质层55。
另外，在以上实施方式中，作为分散有粒子的液状材料，使用用于形成作为电池结构要素的正极活性物质层54、固体电解质层55、负极活性物质层51的液状材料，但除此以外，例如，也可以是多层陶瓷电容器(MLCC)等领域能够使用的含有钛酸锂或镍超微粉的粘接剂，或者半导体封装或印刷布线板等领域能够使用的含有硅等的粘接剂等。而且，该情况下的液状材料中的粒子最大粒径也与前述情况的液状材料中的粒子同样地，优选为1～10μm，更加优选其下限值为3μm、上限值为7μm。
实施例1
本发明的实施例对在供给罐3中配备的网格过滤器40的性能进行了试验。因此，在本发明中采用前述网格过滤器40是基于此处的试验结果。
具体来说，向上述图1所示的涂布装置1的循环路径，以循环流量60～100cc/min的方式供给分散有最大粒径5μm左右的无机系粒子的液状材料，对该状材料的循环状态和气泡去除效果进行了试验。在该情况下，将对网格过滤器40的网格数量进行了多种变更。需要说明的是，网格过滤器40的线径为0.03～0.09mm。将其试验结果示出在下述表1中。在该表1中，附图标记“○”表示非常良好，附图标记“○△”表示良好，附图标记“△”表示大致良好，附图标记“△×”表示稍差，附图标记“×”表示非常差。
[表1]
Figure GDA0003024637570000261
参照上述表1发现，优选网格数量(或者网格尺寸)为300格到800格，更加优选300格到600格。基于该发现，在本发明中采用这样的网格过滤器40。需要说明的是，作为无机系粒子，若最大粒径在3～7μm范围内，则获得与上述大致相同的结果，若最大粒径在1～10μm范围内，则获得与上述基本相同的结果。
附图标记说明：
1 喷墨涂布装置
2 泵
3 供给罐
4 第一流路
5 喷墨头
6 第二流路
7 回流罐
8 第三流路
9 第四流路
15 回流罐的液面
17 负压产生机构
19 第五流路
20 原始罐
23 搅拌机构
24 支承杆
25 叶片构件
27 磁体
28 磁力
30 第一配管
31 供给罐的液面
40 过滤器(网格过滤器)
40b 网格过滤器的底部
46 喷嘴面
47 喷嘴孔
49 长条膜
50 负极集电体
51 负极活性物质层
53 正极集电体
54 正极活性物质层
55 固体电解质层
60 弯液面
70 电池制造用装置
73 热干燥装置
74 长条基材
74a 涂布后部分
75 基材卷筒
76 层叠部形成物
80 电池制造用装置
90 电池制造用装置
101 喷墨涂布装置。

Claims (15)

1.一种喷墨涂布装置，使用喷墨头涂布分散有粒子的液状材料，其特征在于，
所述喷墨涂布装置具有包括第一流路和第二流路的液状材料的循环路径，所述第一流路向供给罐供给由泵进行泵送的液状材料，所述第二流路向喷墨头供给所述供给罐内的液状材料，并且，
构成所述第一流路的配管插通至所述供给罐的内部空间的上下方向中间部，所述供给罐的内部空间的上下方向长度比内径长，并且，在将所述配管的内径设为d1且将所述供给罐的内径设为d2的情况下，d2/d1设定为2～6，
在所述供给罐内配备有过滤器，所述过滤器使由于所述泵进行泵送而产生的液状材料中的气泡不通过且使液状材料中的所述粒子通过，
所述过滤器是圆筒状的网格过滤器，所述圆筒状的网格过滤器收容在所述供给罐的内部空间中，并且通过所述第一流路向所述供给罐供给的所述液状材料流入所述圆筒状的网格过滤器的内部，
所述圆筒状的网格过滤器构成为，所述液状材料中的气泡不从所述圆筒状的网格过滤器的内部流出，且所述液状材料中的所述粒子从所述圆筒状的网格过滤器的内部流出。
2.一种喷墨涂布装置，使用喷墨头涂布分散有粒子的液状材料，其特征在于，
所述喷墨涂布装置具有包括第一流路和第二流路的液状材料的循环路径，所述第一流路向供给罐供给由泵进行泵送的液状材料，所述第二流路向喷墨头供给所述供给罐内的液状材料，并且，
构成所述第一流路的配管插通至所述供给罐的内部空间的上下方向中间部，
在将所述供给罐的内径设为d2且将所述供给罐的内部空间的上下方向长度设为L1的情况下，L1/d2设定为4～12，
在所述供给罐内配备有过滤器，所述过滤器使由于所述泵进行泵送而产生的液状材料中的气泡不通过且使液状材料中的所述粒子通过，
所述过滤器是圆筒状的网格过滤器，所述圆筒状的网格过滤器收容在所述供给罐的内部空间中，并且通过所述第一流路向所述供给罐供给的所述液状材料流入所述圆筒状的网格过滤器的内部，
所述圆筒状的网格过滤器构成为，所述液状材料中的气泡不从所述圆筒状的网格过滤器的内部流出，且所述液状材料中的所述粒子从所述圆筒状的网格过滤器的内部流出。
3.根据权利要求1或2所述的喷墨涂布装置，其特征在于，
在将所述供给罐的内径设为d2且将所述供给罐的内部空间中的液状材料的液面高度设为L2的情况下，L2/d2设定为1.5～9。
4.根据权利要求1或2所述的喷墨涂布装置，其特征在于，
所述喷墨涂布装置通过进一步地具备使通过所述第二流路供给至喷墨头的液状材料返回至回流罐的第三流路以及从所述回流罐向所述泵供给液状材料的第四流路，来构成液状材料的循环路径，并且，所述喷墨涂布装置具备使所述回流罐作用有负压的负压产生机构。
5.根据权利要求1或2所述的喷墨涂布装置，其特征在于，
所述喷墨涂布装置还具有下游端连接在所述第一流路中的所述泵与所述供给罐之间的第五流路，所述第五流路的上游端与贮存比所述供给罐及回流罐更大容量的液状材料的原始罐连通，所述原始罐设有对所述液状材料进行搅拌的搅拌机构。
6.根据权利要求5所述的喷墨涂布装置，其特征在于，
所述搅拌机构具有以不与所述原始罐接触的方式配置在液状材料中且借助支承杆悬挂支承的叶片构件，所述叶片构件构成为通过磁体的磁力搅拌液状材料。
7.根据权利要求1或2所述的喷墨涂布装置，其特征在于，
在所述喷墨头的喷嘴面实施疏水处理。
8.根据权利要求1或2所述的喷墨涂布装置，其特征在于，
所述粒子是包含在以下层的原料中的粒子：负极活性物质层和正极活性物质层中的在负极或正极的集电体上形成的一个活性物质层；或在该活性物质层上形成的固体电解质层；或者在该固体电解质层上形成的负极活性物质层和正极活性物质层中的另一活性物质层。
9.一种电池制造用装置，其特征在于，
使用权利要求8所述的喷墨涂布装置，制作负极活性物质层和正极活性物质层中的在负极或正极的集电体上形成的一个活性物质层、或在该活性物质层上形成的固体电解质层、或者在该固体电解质层上形成的负极活性物质层和正极活性物质层中的另一活性物质层。
10.一种电池制造用装置，其特征在于，
所述电池制造用装置构成为，从将在长条膜上形成有负极或正极的集电体的具有可挠性的长条基材卷绕成辊状而得的基材卷筒将所述长条基材退绕并沿横向搬运的中途，利用权利要求8所述的喷墨涂布装置在所述集电体上涂布所述液状材料并使所述液状材料干燥，从而形成负极活性物质层或正极活性物质层，将在所述长条膜上形成有具有所述集电体和所述活性物质层的层叠部的层叠部形成物即电极片以辊状卷取。
11.一种电池制造用装置，其特征在于，
所述电池制造用装置构成为，从将在长条膜上形成集电体并在该集电体上形成有负极活性物质层或正极活性物质层的具有可挠性的长条基材卷绕成辊状而得的基材卷筒将所述长条基材退绕并沿横向搬运的中途，使用权利要求8所述的喷墨涂布装置，在所述活性物质层上涂布所述液状材料并使所述液状材料干燥，从而形成固体电解质层，将在所述长条膜上形成有具有所述集电体、所述活性物质层和所述固体电解质层的层叠部的层叠部形成物以辊状卷取。
12.一种电池制造用装置，其特征在于，
所述电池制造用装置构成为，从将在长条膜上形成有负极或正极的集电体并在该集电体上形成有负极活性物质层和正极活性物质层中的一个活性物质层、且在该活性物质层上形成有固体电解质层的具有可挠性的长条基材卷绕成辊状而得的基材卷筒将所述长条基材退绕并沿横向搬运的中途，使用权利要求8所述的喷墨涂布装置，在所述固体电解质层上涂布所述液状材料并使所述液状材料干燥，从而形成负极活性物质层和正极活性物质层中的另一活性物质层，将在所述长条膜上形成有具有所述集电体、所述一个活性物质层、所述固体电解质层和所述另一活性物质层的层叠部的层叠部形成物以辊状卷取。
13.一种电池制造用装置，其特征在于，
所述电池制造用装置构成为，从将在长条膜上形成有负极或正极的集电体的具有可挠性的长条基材卷绕成辊状而得的基材卷筒将所述长条基材退绕并沿横向搬运的中途，形成位于所述集电体上的负极或正极的活性物质层和位于该活性物质层上的固体电解质层，将在所述长条膜上形成有具有所述集电体、所述活性物质层和所述固体电解质层的层叠部的层叠部形成物以辊状卷取，并且，所述活性物质层和所述固体电解质层中的至少一个层通过使用权利要求8所述的喷墨涂布装置涂布所述液状材料并使所述液状材料干燥而形成。
14.一种电池制造用装置，其特征在于，
所述电池制造用装置构成为，从将在长条膜上形成有负极或正极的集电体的具有可挠性的长条基材卷绕成辊状而得的基材卷筒将所述长条基材退绕并沿横向搬运的中途，形成位于所述集电体上的负极活性物质层和正极活性物质层中的一个活性物质层、位于该活性物质层上的固体电解质层、和位于该固体电解质层上的负极活性物质层和正极活性物质层中的另一活性物质层，将在所述长条膜上形成有具有所述集电体、所述一个活性物质层、所述固体电解质层和所述另一活性物质层的层叠部的层叠部形成物以辊状卷取，并且，所述一个活性物质层、所述固体电解质层和所述另一活性物质层中的至少一个层通过使用权利要求8所述的喷墨涂布装置涂布所述液状材料并使所述液状材料干燥而形成。
15.一种电池制造用装置，其特征在于，
所述电池制造用装置构成为，从将在长条膜上形成集电体并在该集电体上形成有负极活性物质层或正极活性物质层的具有可挠性的长条基材卷绕成辊状而得的基材卷筒将所述长条基材退绕并沿横向搬运的中途，形成位于所述活性物质层上的固体电解质层及位于该固体电解质层上的负极活性物质层和正极活性物质层中的另一活性物质层，将在所述长条膜上形成有具有所述集电体、一个活性物质层、所述固体电解质层和所述另一活性物质层的层叠部的层叠部形成物以辊状卷取，并且，所述固体电解质层和所述另一活性物质层中的至少一个层通过使用权利要求8所述的喷墨涂布装置涂布所述液状材料并使所述液状材料干燥而形成。
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