CN116895818A - 全固体电池的制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明要解决的问题在于提供一种制造效率高的全固体电池的制造装置。为了解决上述问题，一种全固体电池的制造装置(1)，具有：导电体输送手段(电极要素输送系统(6))，输送成为全固体电池的要素即电极(正极电极(1a)、负极电极(1b))的导电体(正极导体要素(9)、负极导体要素(10))；绝缘体输送手段(背侧电极框薄膜输送系统(4)、表面侧电极框薄膜输送系统(5))，输送成为全固体电池的要素即绝缘性构件(绝缘框(2))的绝缘体(绝缘框薄膜(7))；切割手段(旋转式模切机(13a)、旋转式模切机(13b))，与绝缘性构件的形状对应地切入绝缘体；及，层叠加压手段(压辊(18))，对由导电体输送手段(电极要素输送系统(6))输送的导电体(正极导体要素(9)、负极导体要素(10))和由切割手段(旋转式模切机(13a)、旋转式模切机(13b))切入的绝缘体进行层叠并加压。

Description

全固体电池的制造装置

技术领域

本发明涉及一种全固体电池的制造装置。

背景技术

提出了一种在全固体电池的制造中利用热辊压的技术(例如，参照专利文献1)。另外，提出了将固体电解质层与正极合剂层及负极合剂层在刚涂布后的柔软状态下加压接合，从而得到在接合部分不存在间隙的致密界面的技术(例如，参照专利文献2)。另外，提出了在正极层和负极层中面积较小的层的侧面的一部分配置绝缘性构件，使它们重叠进行冲压时的对位变得容易的技术(例如，参照专利文献3)。

[先前技术文献]

(专利文献)

专利文献1：日本特开2021-150183号公报

专利文献2：日本特开2015-118870号公报

专利文献3：日本特开2015-125893号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

在专利文献1或专利文献2的技术中，虽然在利用辊压这一点上可以说是制造效率高，但关于绝缘性构件的配置没有特别的观点。另外，专利文献3没有提及在辊压的情况下如何配置绝缘性构件。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种制造效率高的全固体电池的制造装置，所述全固体电池的制造装置将电极和绝缘性构件一起输送，并且将包括电极和绝缘性构件的层叠体中的绝缘性构件适当地结合于层叠体。另外，其目的还在于提供一种能够飞跃性地提高这种蓄电池的生产效率的制造装置。

[解决问题的技术手段]

(1)一种全固体电池的制造装置(例如，后述的全固体电池的制造装置1)，具有：导电体输送手段(例如，后述的电极要素输送系统6)，输送成为全固体电池的要素即电极(例如，后述的正极电极1a、负极电极1b)的导电体(例如，后述的正极导体要素9、负极导体要素10)；绝缘体输送手段(例如，后述的背侧电极框薄膜输送系统4、表面侧电极框薄膜输送系统5)，输送成为前述全固体电池的要素即绝缘性构件(例如，后述的绝缘框2)的绝缘体(例如，后述的绝缘框薄膜7)；切割手段(例如，后述的旋转式模切机13a、旋转式模切机13b)，与前述绝缘性构件的形状对应地切入前述绝缘体；及，层叠加压手段(例如，后述的压辊18)，对由前述导电体输送手段输送的前述导电体和由前述切割手段切入的前述绝缘体进行层叠并加压。

(2)根据上述(1)所述的全固体电池的制造装置，其中，前述绝缘体输送手段重叠输送前述绝缘体和与该绝缘体相伴的输送片(例如，后述的涂布薄膜8)，前述切割手段对由前述绝缘体输送手段输送的前述绝缘体插入切口。

(3)根据上述(1)所述的全固体电池的制造装置，其中，前述导电体输送手段和前述绝缘体输送手段的至少一方在比前述层叠加压手段更靠前述输送的上游具备拉伸手段(例如，后述的调节机构16)，拉伸前述导电体或前述绝缘体。

(4)根据上述(1)所述的全固体电池的制造装置，其中，在比前述层叠加压手段更靠前述输送的下游具有剥离手段(例如，后述的上侧剥离辊21a、下侧剥离辊21b、及上侧废料排出辊22a、下侧废料排出辊22b)，剥离除利用前述切割手段成形为前述固体电池的要素即绝缘性构件的部分以外的前述绝缘体。

(发明的效果)

在(1)的全固体电池的制造装置中，导电体输送手段、绝缘体输送手段、切割手段及层叠加压手段在继续输送动作的同时发挥作用。因此，能够高效地制造全固体电池。

在(2)的全固体电池的制造装置中，切割手段对与输送片相伴地输送的绝缘体，进行插入之后能够背离的程度的切口的半切割。因此，对于切断后的绝缘体也继续由输送片进行的输送。

在(3)的全固体电池的制造装置中，拉伸手段在比层叠加压手段更靠输送的上游拉伸导电体或绝缘体。因此，不会发生导电体或绝缘体的松弛。因此，能够适当地进行与导电体或绝缘体相关的层叠和加压。

在(4)的全固体电池的制造装置中，利用剥离手段除去固体电池的要素即绝缘性构件而成形的部分以外的绝缘体部分即不需要部分。因此，固体电池的要素即绝缘性构件不包含不需要部分而连续地形成。

附图说明

图1A是绘示利用本实施方式的全固体电池的制造装置制造的全固体电池的正极电极的图。

图1B是绘示利用本实施方式的全固体电池的制造装置制造的全固体电池的负极电极的图。

图2是绘示本实施方式的全固体电池的制造装置中的第一输送系统的示意图。

图3是对图2的第一输送系统中的处理进行说明的工序图。

图4A是在平面视角下对图2的第一输送系统中的半切割处理进行说明的图。

图4B是在侧面视角下对图4A的半切割处理进行说明的图。

图5A是在侧面视角下对图2的第一输送系统中的绝缘框粘接工序时的绝缘框进行说明的图。

图5B是在平面视角下对图2的第一输送系统中的绝缘框输送工序的绝缘框进行说明的图。

图5C是在侧面视角下对图2的第一输送系统中的绝缘框工序的绝缘框进行说明的图。

图6是绘示本实施方式的全固体电池的制造装置中的第一输送系统的其他方式的示意图。

图7是对图6中的其他方式下的第输送系统中的处理进行说明的工序图。

图8是在侧面视角下对图2的第一输送系统中的绝缘框工序的绝缘框进行说明的图。

图9是绘示本实施方式的全固体电池的制造装置中的第二输送系统的示意图。

图10是对图8的第二输送系统中的处理进行说明的工序图。

图11是将在图8的第二输送系统中形成的正极电极层叠片放大示出的示意图。

图12是将在图8的第二输送系统中形成的负极电极层叠片放大示出的示意图。

图13是绘示利用图8的第二输送系统中的处理得到的全固体电池层叠体的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在以下所示的各图中，对相同部分或对应部分标注相同的符号。

图1A是绘示利用作为本发明的实施方式的全固体电池的制造装置制造的全固体电池的正极电极的图，图1B是绘示上述全固体电池的负极电极的图。

图2是绘示全固体电池的制造装置中的第一输送系统的示意图，图3是对上述第一输送系统中的处理进行说明的工序图。

图1A的正极电极1a构成为由绝缘框2包围薄板状的正极导体PE的周围，从绝缘框2的一侧导出正极极耳TP。图1B的负极电极1b构成为由绝缘框2包围薄板状的负极导体NE的周围，从绝缘框2的另一侧导出负极极耳TN。另外，在此，虽然将极耳的导出位置称为一侧及另一侧，但这基于后述的层叠时的视点，实际上，如果放置于将图1B中的左右反转后的方向，则当然成为相同的位置。

图2所示的作为本发明的实施方式的全固体电池的制造装置1具有用于进行图3中示意性地绘示的工序的处理的构成。图2中的第一输送系统3构成为包括背侧电极框薄膜输送系统4、表面侧电极框薄膜输送系统5及电极要素输送系统6。从绝缘框薄膜辊FR向背侧电极框薄膜输送系统4供给后述的第一方式的被输送片材11a。从绝缘框薄膜辊FR向表面侧电极框薄膜输送系统5供给后述的第二方式的被输送片材11b。从电极要素被输送片材辊ER向电极要素输送系统6供给后述的第三方式的被输送片材11c。

背面侧电极框薄膜输送系统4是从背面侧(图2中的下侧)将绝缘框薄膜7与作为输送体的涂布薄膜8相伴地进行输送，以供处理的输送系统。绝缘框薄膜7是成形而构成绝缘框2的带状的绝缘性构件。

表面侧电极框薄膜输送系统5是从表侧(图2中的上侧)将绝缘框薄膜7与作为输送体的涂布薄膜8相伴地进行输送，以供处理的输送系统。背侧电极框薄膜输送系统4和表面侧电极框薄膜输送系统5是输送成为全固体电池的要素即绝缘性构件(绝缘框2)的绝缘体(绝缘框薄膜7)的绝缘体输送手段。

电极要素输送系统6是将作为正极电极1a使用的铝箔等正极导体要素9、或作为负极电极1b使用的铜箔等负极导体要素10从表面侧和背面侧与涂布薄膜8相伴地输送，以供处理的输送系统。电极要素输送系统6是输送成为全固体电池的要素即电极(正极电极1a、负极电极1b)的导电体(正极导体要素9、负极导体要素10)的导电体输送手段。

在背侧电极框薄膜输送系统4中，输送在绝缘框薄膜7上相伴有涂布薄膜8的第一方式的被输送片材11a，在表面侧电极框薄膜输送系统5中，输送在绝缘框薄膜7上相伴有涂布薄膜8的第二方式的被输送片材11b。

在背侧电极框薄膜输送系统4中设置有旋转式模切机13a，所述旋转式模切机13a由第一方式的被输送片材11a冲裁出相当于绝缘框2的内侧的窗部分并废弃窗冲裁废料12。旋转式模切机13a相对于对第一方式的被输送片材11a的涂布薄膜8，对与绝缘框2的外侧轮廓相当的部分进行半切割。在旋转式模切机13a的下游侧设置有辅助窗冲裁废料12的废弃的辅助辊14a。

在表面侧电极框薄膜输送系统5中设置有旋转式模切机13b，所述旋转式模切机13b由第二方式的被输送片材11b冲裁出相当于绝缘框2的内侧的窗部分并废弃窗冲裁废料12。旋转式模切机13b相对于对第二方式的被输送片材11b的涂布薄膜8，对与绝缘框2的外侧轮廓相当的部分进行半切割。

在旋转式模切机13b的下游侧设置有辅助窗冲裁废料12的废弃的辅助辊14b。旋转式模切机13a和旋转式模切机13b是与全固体电池的要素即绝缘性构件(绝缘框2)的形状对应地切入绝缘体(绝缘框薄膜7)的切割手段。

在电极要素输送系统6中，相伴有正极导体要素9或负极导体要素10的第三形态的被输送片材11c被输送到涂布薄膜8的正反两面。电极要素输送系统6中设置有调节机构16，所述调节机构16基于位置相位传感器15的检测输出来调节作用于第三方式的被输送片材11c的张力和与输送有关的位置相位，所述位置相位传感器15以非接触的方式检测第三方式的被输送片材11c上的正极导体要素9或负极导体要素10的位置。

调节机构16构成为包括相位控制旋转模具17、压辊18及未图示的控制电路，并且还用作拉伸手段。相位控制旋转模具17根据位置相位传感器15的检测输出来控制旋转速度。压辊18将从背侧电极框薄膜输送系统4输送的第一方式的被输送片材11a和从表面侧电极框薄膜输送系统5输送的第二方式的被输送片材11b与第三方式的被输送片材11c上下对齐地层叠并加压。

压辊18是对层叠体19进行加压的层叠加压手段，所述层叠体19是将由导电体输送手段(电极要素输送系统6)输送的导电体(正极导体要素9、负极导体要素10)和由切割手段(旋转式模切机13b)切入的绝缘体(绝缘框薄膜7)层叠而形成。相位控制旋转模具17具有作为切割器的功能部(未图示)，所述功能部相对于第三方式的被输送片材11c中的涂布薄膜8，以绝缘框2的外周缘的形式形成包围正极导体要素9或负极导体要素10的半切割的切口20。

在图4A中以放大示意图示出相位控制旋转模具17用作切割器的情况。另外，在图4B中以放大示意图示出由相位控制旋转模具17进行的切口20刻入涂布薄膜8的情况。切口20形成为涂布薄膜8中作为沿输送方向延伸的中央部的输送带8a而应残留的部分不被切割。

另外，相位控制旋转模具17调节与压辊18的相对旋转相位从而拉伸涂布薄膜8，适当地维持涂布薄膜8的张力以防止松弛。其结果是，相位控制旋转模具17拉伸涂布薄膜8上的导电体(正极导体要素9、负极导体要素10)以防止松弛。

在图5A中以放大示意图示出由压辊18加压的层叠体19。在压辊18的下游侧设有上侧剥离辊21a、下侧剥离辊21b、上侧废料排出辊22a及下侧废料排出辊22b。利用上侧剥离辊21a和上侧废料排出辊22a，以上层的涂布薄膜8为主体的不需要部分23a从被压缩后的层叠体19废料排出从而卷绕于上侧废料排出辊22a。

利用下侧剥离辊21b和下侧废料排出辊22b，下层的涂布薄膜8的不需要部分23a从被压缩后的层叠体19废料排出从而卷绕于下侧废料排出辊22b。去除了上下的涂布薄膜8的不需要部分的层叠体19成为由上述输送带8a连接的片状的连续体24，卷绕于卷取辊25。在图5B中以放大示意图示出平面视角下的连续体24。在图5C中以放大示意图示出侧面视图下的连续体24。

图6是绘示本实施方式的全固体电池的制造装置中的第一输送系统的其他方式的示意图。在图6中，对与图2对应的部分标注相同的附图标记来表示，各个说明引用相同的附图标记的与图2相关的说明。图6的第一输送系统3a与图2的第一输送系统3的不同点在于不具有表面侧电极框薄膜输送系统5，其他点与图2的第一输送系统3并无不同。

图7是对图6的第一输送系统3a中的处理进行说明的工序图。在图7中，对与图3对应的部分标注相同的附图标记来表示，各个说明引用相同的附图标记的与图3相关的说明。图7的工序图与图2的工序图的不同点在于不具有与表面侧电极框薄膜输送系统5相关的旋转式模切机13b的工序。在第一输送系统3a中，层叠加压手段即压辊18对层叠体19a加压，层叠体19a是在由电极要素输送系统6输送的正极导体要素9的表面侧层叠由背侧电极框薄膜输送系统4输送的绝缘框薄膜7而成的层叠体。其结果是，得到正极导体要素9被绝缘框2包围的正极电极1a的要素连接在输送带8a上的连续体24a。在图8中以放大示意图示出连续体24。

图9是绘示本实施方式的全固体电池的制造装置中的第二输送系统26的示意图。图10是对第二输送系统26中的处理进行说明的工序图。在第二输送系统26中，连续地获得在第一输送系统3中作为连续体24获得的正极电极1a与负极电极1b之间层叠有固体电解质层的单电池。第二输送系统26包括正极电极输送系统27、上侧负极电极输送系统28a、下侧负极电极输送系统28b、上侧固体电解质层输送系统29a及下侧固体电解质层输送系统29b。

在正极电极输送系统27中，相对于从正极电极连续体辊PER供给的正极电极的连续体24，从输送体片材辊CSR供给的涂布薄膜8被压接辊30压接，形成正极电极层叠片241。图11中放大示出正极电极层叠片241。

在上侧负极电极输送系统28a中，相对于从上侧负极电极连续体辊UER供给的负极电极的连续体24，从输送体片材辊CSR供给的涂布薄膜8被压接辊30a压接，形成负极电极层叠片242。

在下侧负极电极输送系统28b中，相对于从下侧负极电极连续体辊LER供给的负极电极的连续体24，从输送体片材辊CSR供给的涂布薄膜8被压接辊30b压接，形成负极电极层叠片242。

在上侧固体电解质层输送系统29a中，将从上侧固体电解质层辊USR供给的固体电解质层片状体31利用也作为切割器发挥作用的相位控制旋转模具32a进行半切割，同时利用下游的压辊33a与负极电极的连续体24层叠并加压。

在进行该层叠和加压时，向压辊33a供给的负极电极层叠片242与固体电解质层片状体31层叠，从而形成负极-固体电解质层层叠片243。图12中放大示出负极-固体电解质层层叠片243。进而，在压辊33a的下游侧，固体电解质层片状体31的不需要部分311从负极-固体电解质层层叠片243向上侧废料排出辊34a被废料排出。在图10中，为了方便，将与上侧固体电解质层输送系统29a相关的、由相位控制旋转模具32a、压辊33a及压接辊30a进行的负极-固体电解质层层叠片243的形成、及由上侧废料排出辊34a进行的废料排出的工序表示为工序PU。

在下侧固体电解质层输送系统29b中，将从下侧固体电解质层辊LSR供给的固体电解质层片状体31利用也作为切割器发挥作用的相位控制旋转模具32b进行半切割，同时利用下游的压辊33b与负极电极的连续体24层叠并加压。在进行该层叠和加压时，向压辊33b供给的负极电极层叠片242与固体电解质层片状体31层叠，从而形成负极-固体电解质层层叠片243。进而，在压辊33b的下游侧，固体电解质层片状体31的不需要部分311从负极-固体电解质层层叠片243向上侧废料排出辊34b被废料排出。

在图10中，为了方便，将与下侧固体电解质层输送系统29b相关的、由相位控制旋转模具32b、压辊33b及压接辊30b进行的负极-固体电解质层层叠片243的形成、及由上侧废料排出辊34b进行的废料排出的工序表示为工序PL。由于工序PL与工序PU相似，因此用划线方框简略表示。

将在正极电极输送系统27中得到的正极电极层叠片241、和在工序PU及工序PL中得到的已排出废料的负极-固体电解质层层叠片243作为负极-正极-固体电解质层层叠体244向压辊35输送。在图13中放大示出负极-正极-固体电解质层层叠体244。

在负极-正极-固体电解质层层叠体244被压辊35压缩之前，利用废料排出辊36，在负极-正极-固体电解质层层叠体244中成为不需要部分的上下的涂布薄膜8被废料排出。在废料排出完成的负极-正极-固体电解质层层叠体244被压辊35压缩后，全固体单电池38被压辊35的下游侧的回收辊37回收，不需要的输送带8a被废料排出辊39废料排出。

根据本实施方式的全固体电池的制造装置，起到以下的效果。

在(1)的全固体电池的制造装置1中，具有：电极要素输送系统6，输送成为全固体电池的要素即正极电极1a、负极电极1b的正极导体要素9、负极导体要素10；背侧电极框薄膜输送系统4、表面侧电极框薄膜输送系统5，输送成为全固体电池的要素即绝缘框2的绝缘框薄膜7；旋转式模切机13a、旋转式模切机13b，与绝缘框2的形状对应地切入绝缘框薄膜7；及，压辊18，对由电极要素输送系统6输送的正极导体要素9、负极导体要素10和由旋转式模切机13a、旋转式模切机13b切入的绝缘框薄膜7进行层叠并加压。因此，电极要素输送系统6、背侧电极框薄膜输送系统4、表面侧电极框薄膜输送系统5、旋转式模切机13a、旋转冲刀13b及压辊18在继续输送动作的同时发挥作用。因此，能够高效地制造全固体电池。

在(2)的全固体电池的制造装置1中，背侧电极框薄膜输送系统4、表面侧电极框薄膜输送系统5重叠输送绝缘框薄膜7和与该绝缘框薄膜7相伴的涂布薄膜8，旋转式模切机13a、旋转式模切机13b对由背侧电极框薄膜输送系统4、表面侧电极框薄膜输送系统5输送的绝缘框薄膜7进行切断。即，旋转式模切机13a、旋转式模切机13b对与涂布薄膜8相伴地输送的绝缘框薄膜7，进行插入之后能够背离的程度的切口的半切割。因此，对于切断后的绝缘框薄膜7也继续由涂布薄膜8进行的输送。

在(3)的全固体电池的制造装置1中，电极要素输送系统6和背侧电极框薄膜输送系统4、表面侧电极框薄膜输送系统5的至少一方在比压辊18更靠输送的上游具备调节机构16，所述调节机构16拉伸正极导体要素9、负极导体要素10或绝缘框薄膜7。因此，不会发生正极导体要素9、负极导体要素10或绝缘框薄膜7的松弛。因此，能够适当地进行与正极导体要素9、负极导体要素10或绝缘框薄膜7相关的层叠和加压。

在(4)的全固体电池的制造装置1中，在比压辊18更靠输送中的下游具有剥离除利用旋转式模切机13a、旋转式模切机13b成形为固体电池的要素即绝缘框2的部分以外的绝缘框薄膜7的上侧剥离辊21a、下侧剥离辊21b、及上侧废料排出辊22a、下侧废料排出辊22b。因此，固体电池的要素即绝缘框2不包含不需要部分而连续地形成。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于此。在本发明的主旨的范围内，也可以适当变更详细的结构。例如，调节机构16为在相位控制旋转模具17及压辊18中控制相位控制旋转模具17的旋转速度的结构，但也可以采用对相位控制旋转模具17及压辊18的轴间距离进行调节的结构。

附图标记

CSR输送体片材辊

ER电极要素被输送片材辊

FR绝缘框薄膜辊

LER下侧负极电极连续体辊

LSR下侧固体电解质层辊

PE正极导体

PER正极电极连续体辊

PL、PU工序

NE负极导体

TP正极极耳

TN负极极耳

UER上侧负极电极连续体辊

USR上侧固体电解质层辊

1a正极电极

1b负极电极

1全固体电池的制造装置

2绝缘框

3、3a第一输送系统

4背侧电极框薄膜输送系统(绝缘性构件输送手段)

5表面侧电极框薄膜输送系统(绝缘性构件输送手段)

6电极要素输送系统(电极输送手段)

7绝缘框薄膜(绝缘体)

8涂布薄膜(输送体)

8a输送带

9正极导体要素

10负极导体要素

11a第一方式的被输送片材

11b第二方式的被输送片材

11c第二方式的被输送片材

12窗冲裁废料

13a旋转式模切机

13b旋转式模切机

14a辅助辊

14b辅助辊

15位置传感器

16调节机构

17相位控制旋转模具

18压辊

19、19a层叠体

20切口

21a上侧剥离辊

21b下侧剥离辊

22a上侧废料排出辊

22b下侧废料排出辊

23a不需要部分

23b不需要部分

24、24a连续体

25卷取辊

26第二输送系统

27正极电极输送系统

28a上侧负极电极输送系统

28b下侧负极电极输送系统

29a上侧固体电解质层输送系统

29b下侧固体电解质层输送系统

30、30a、30b压接辊

31固体电介质层片状体

32a、32b相位控制旋转模具

33a、33b压辊

34a上侧废料排出辊

35压辊

36废料排出辊

37回收辊

38全固体单电池

39废料排出辊

241正极电极层叠片

242负极电极层叠片

243负极-固体电解质层层叠片

244负极-正极-固体电解质层层叠体

311不需要部分

Claims (4)

1.一种全固体电池的制造装置，具有：

导电体输送手段，输送成为全固体电池的要素即电极的导电体；

绝缘体输送手段，输送成为前述全固体电池的要素即绝缘性构件的绝缘体；

切割手段，与前述绝缘性构件的形状对应地切入前述绝缘体；及，

层叠加压手段，对由前述导电体输送手段输送的前述导电体和由前述切割手段切入的前述绝缘体进行层叠并加压。

2.根据权利要求1所述的全固体电池的制造装置，其中，

前述绝缘体输送手段重叠输送前述绝缘体和与该绝缘体相伴的输送片，

前述切割手段对由前述绝缘体输送手段输送的前述绝缘体插入切口。

3.根据权利要求1所述的全固体电池的制造装置，其中，

前述导电体输送手段和前述绝缘体输送手段的至少一方在比前述层叠加压手段更靠前述输送的上游具备拉伸手段，拉伸前述导电体或前述绝缘体。

4.根据权利要求1所述的全固体电池的制造装置，其中，

在比前述层叠加压手段更靠前述输送的下游具有剥离手段，剥离除利用前述切割手段成形为前述固体电池的要素即绝缘性构件的部分以外的前述绝缘体。