JP2012155988A - 全固体電池の製造方法および全固体電池の製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 立体的な構造を有する全固体電池の生産性を向上させることができる全固体電池の製造方法および全固体電池の製造装置を提供する
【解決手段】 負極集電体に凹凸形状を有する負極活物質層を形成する負極活物質層形成部20と、負極活物質層の凹凸形状に追従するように電解質層を形成する電解質層形成部30と、電解質層の凹部を埋めるように正極活物質層を形成する正極活物質層形成部40と、正極活物質層に正極集電体を貼り付ける貼付部50と、負極集電体から正極集電体までの積層体を一体的に乾燥させる乾燥部と、各部間を搬送する搬送機構8とを備える。
【選択図】図2
【解決手段】 負極集電体に凹凸形状を有する負極活物質層を形成する負極活物質層形成部20と、負極活物質層の凹凸形状に追従するように電解質層を形成する電解質層形成部30と、電解質層の凹部を埋めるように正極活物質層を形成する正極活物質層形成部40と、正極活物質層に正極集電体を貼り付ける貼付部50と、負極集電体から正極集電体までの積層体を一体的に乾燥させる乾燥部と、各部間を搬送する搬送機構8とを備える。
【選択図】図2
Description
本発明は、全固体電池の製造方法および全固体電池の製造装置に関するものである。
例えばリチウムイオン二次電池のような化学電池を製造する方法としては、正極活物質および負極活物質をそれぞれ付着させた集電体としての金属箔を、セパレータを介して重ね合わせ、セパレータに電解液を含浸させる技術が知られている。しかしながら、電解液として揮発性の高い有機溶剤を含んだ電池は取り扱いに注意が必要であり、またさらなる小型化・大出力化が求められることから、近年では電解液に代えて固体電解質を用い、微細加工により全固体電池を製造するための技術が提案されてきている。
例えば特許文献1には、集電体となる金属箔上に、表面に凹凸を有する活物質層をインクジェット法により形成し、該凹凸を埋めるように固体電解質層、もう一方の活物質層を順次インクジェット法によって立体的に積層する技術が開示されている。
上記した特許文献1に記載の技術(従来技術)では、1回の印刷工程で形成される正負の活物質層および固体電解質層などの異なる機能層が混在する層を、重ね塗りによって多層に積層することによって上記の立体的な構造を得ている。しかしながら、この技術には以下のような問題がある。
第1に、インクジェット法では吐出されるインクが微量であるが故に、活物質層などの一層を所望の立体構造にするために多数回の塗布動作が必要となり、製造に長時間を要し生産性が低い。第2に、1回の塗布動作ごとに乾燥を行っているので、さらに生産性が低下する。
本発明の目的は、上述のような点に鑑み、立体的な構造を有する全固体電池の生産性を向上させることができる全固体電池の製造方法および全固体電池の製造装置を提供することにある。
請求項1に係る第1発明(全固体電池の製造方法)は、第1集電体に対して、第1活物質材料を第1方向に沿ってストライプ状に塗布して、凹凸形状を有する第1活物質層を形成する第1活物質層形成工程と、第1活物質層形成工程後に、第1集電体上に形成された第1活物質層の凹凸形状に追従するように固体電解質材料を塗布して、凹凸形状を有する電解質層を形成する電解質層形成工程と、電解質層形成工程後に、第1集電体上に形成された電解質層の凹部を埋めるように第2活物質材料を塗布して、第2活物質層を形成する第2活物質層形成工程と、第2活物質層形成工程後に、第1集電体上に形成された第2活物質層の電解質層側とは反対側の表面に第2集電体を貼り付ける集電体貼付工程と、集電体貼付工程後に、第1集電体、第1活物質層、電解質層、第2活物質層および第2集電体が積層された積層体を乾燥させる乾燥工程と、を含むことを特徴とする。
この第1発明の方法によれば、乾燥工程を実行するまで、負極活物質層、電解質層および正極活物質層に対して実質的な乾燥処理は実行されず、各層内の溶媒成分は若干、自然蒸発するがその多くは各層内に残存した未乾燥の状態である。そして、乾燥工程において各層を一体的に乾燥処理するので、従来技術のように一層を形成するための複数の塗布動作ごとに乾燥処理を実行する方法と比べて、立体的な構造を有する全固体電池を生産性よく製造することができる。また、負極活物質層などの一層を一度の塗布動作により形成するので、従来技術のように数度の塗布動作により薄い層を積み上げて一層とする方法と比べて、立体的な構造を有する全固体電池を生産性よく製造することができる。
請求項2に係る第2発明は、第1発明において、第1活物質層形成工程が、第1活物質層形成部にてシート状の第1集電体に対して第1活物質材料を第1方向に沿ってトライプ状に塗布して、凹凸形状を有する第1活物質層を形成する工程であり、電解質層形成工程が、電解質層形成部にて第1集電体上に形成された第1活物質層の凹凸形状に追従するように固体電解質材料を塗布して、凹凸形状を有する電解質層を形成する工程であり、第2活物質層形成工程が、第2活物質層形成部にて第1集電体上に形成された電解質層の凹部を埋めるように第2活物質材料を塗布して、第2活物質層を形成する工程であり、集電体貼付工程が、集電体貼付部にて第1集電体上に形成された第2活物質層の電解質層側とは反対側の表面に第2集電体を貼り付ける工程であり、乾燥工程が、乾燥部にて第1集電体、第1活物質層、電解質層、第2活物質層および第2集電体が積層された積層体を乾燥させる工程であり、第1活物質層形成工程後に、第1活物質層形成部から電解質層形成部に第1集電体および第1活物質層からなる積層体を搬送する第1搬送工程と、電解質層形成工程後に、電解質層形成部から第2活物質層形成部に第1集電体、第1活物質層および電解質層からなる積層体を搬送する第2搬送工程と、第2活物質層形成工程後に、第2活物質層形成部から集電体貼付部に第1集電体、第1活物質層、電解質層および第2活物質層からなる積層体を搬送する第3搬送工程と、集電体貼付工程後に、集電体貼付部から乾燥部に第1集電体、第1活物質層、電解質層、第2活物質層および第2集電体からなる積層体を搬送する第4搬送工程と、をさらに含むことを特徴とする。
この第2発明によれば、シート状の第1集電体や積層体に対して第1活物質層形成部などの複数の処理部で各層が形成され、また、処理部間で積層体が搬送される。
請求項3に係る第3発明によれば、第1発明において、第1活物質層形成工程、電解質層形成工程、第2活物質層形成工程および集電体貼付工程が、その長手方向である第1方向に沿って搬送される長尺帯状の第1集電体に対して順次、実行されることを特徴とする。
この第3発明によれば、長尺帯状の第1集電体に対して第1活物質層、電解質層および第2活物質層が形成された後、集電体が貼り付けられる。
請求項4に係る第4発明は、第3発明において、集電体貼付工程と乾燥工程との間に、第1集電体、第1活物質層、電解質層、第2活物質層および第2集電体が積層された長尺帯状の積層体を切断して、シート状の積層体を得る切断工程をさらに含み、乾燥工程が前記シート状の積層体を乾燥させる工程であることを特徴とする。
この第4発明によれば、切断工程によって得られたシート状の積層体に対して乾燥工程が実行されるので、比較的長い処理時間を要する乾燥工程に律速されることなく、乾燥工程より前の工程が実行される。
請求項5に係る第5発明(全固体電池の製造装置)は、第1集電体に対して、第1活物質材料を第1方向に沿ってストライプ状に塗布して、凹凸形状を有する第1活物質層を形成する第1活物質層形成手段と、第1活物質層形成手段により第1集電体上に形成された第1活物質層の凹凸形状に追従するように固体電解質材料を塗布して、凹凸形状を有する電解質層を形成する電解質層形成手段と、電解質層形成手段により第1集電体上に形成された電解質層の凹部を埋めるように第2活物質材料を塗布して、第2活物質層を形成する第2活物質層形成手段と、第2活物質層形成手段により第1集電体上に形成された第2活物質層の電解質層側とは反対側の表面に第2集電体を貼り付ける集電体貼付手段と、第1集電体、第1活物質層、電解質層、第2活物質層および第2集電体が積層された積層体を乾燥させる乾燥手段と、を備えることを特徴とする。
この第5発明によれば、乾燥手段により乾燥処理が実行されるまで、負極活物質層、電解質層および正極活物質層に対して実質的な乾燥処理は実行されず、各層内の溶媒成分は若干、自然蒸発するがその多くは各層内に残存した未乾燥の状態である。そして、乾燥手段により各層を一体的に乾燥処理するので、従来技術のように一層を形成するための複数の塗布動作ごとに乾燥処理を実行する装置と比べて、立体的な構造を有する全固体電池を生産性よく製造することができる。また、負極活物質層などの一層を一度の塗布動作により形成するので、従来技術のように数度の塗布動作により薄い層を積み上げて一層とする装置と比べて、立体的な構造を有する全固体電池を生産性よく製造することができる。
請求項6に係る第6発明は、第5発明において、第1活物質層形成手段が、シート状の第1集電体に対して第1活物質材料を第1方向に沿ってストライプ状に塗布して、凹凸形状を有する第1活物質層を形成する第1活物質層形成部を有し、電解質層形成手段が、第1集電体上に形成された第1活物質層の凹凸形状に追従するように固体電解質材料を塗布して、凹凸形状を有する電解質層を形成する電解質層形成部を有し、第2活物質層形成手段が、第1集電体上に形成された電解質層の凹部を埋めるように第2活物質材料を塗布して、第2活物質層を形成する第2活物質層形成部を有し、集電体貼付手段が、第1集電体上に形成された第2活物質層の電解質層側とは反対側の表面に第2集電体を貼り付ける集電体貼付部を有し、乾燥手段が、第1集電体、第1活物質層、電解質層、第2活物質層および第2集電体が積層された積層体を乾燥させる乾燥部を有し、第1活物質層形成部から電解質層形成部に第1集電体および第1活物質層からなる積層体を搬送し、電解質層形成部から第2活物質層形成部に第1集電体、第1活物質層および電解質層からなる積層体を搬送し、第2活物質層形成部から集電体貼付部に第1集電体、第1活物質層、電解質層および第2活物質層からなる積層体を搬送し、集電体貼付部から乾燥部に第1集電体、第1活物質層、電解質層、第2活物質層および第2集電体からなる積層体を搬送する搬送手段をさらに備えることを特徴とする。
この第6発明によれば、シート状の第1集電体や積層体に対して第1活物質層形成部などの複数の処理部で各層が形成され、また、処理部間で積層体が搬送手段により搬送される。
請求項7に係る第7発明によれば、第5発明において、長尺帯状の第1集電体をその長手方向である第1方向に沿って移動させる移動手段をさらに備え、第1活物質層形成手段、電解質層形成手段、第2活物質層形成手段および集電体貼付手段によるそれぞれの処理が、移動手段によって移動させられる第1集電体に対して実行されることを特徴とする。
この第7発明によれば、長尺帯状の第1集電体に対して第1活物質層、電解質層および第2活物質層が形成された後、集電体が貼り付けられる。
請求項8に係る第8発明は、第7発明において、第1集電体、第1活物質層、電解質層、第2活物質層および第2集電体が積層された長尺帯状の積層体を切断して、シート状の積層体を得る切断手段をさらに備え、乾燥手段により前記シート状の積層体を乾燥させることを特徴とする。
この第8発明によれば、切断手段によって得られたシート状の積層体に対して乾燥手段により乾燥処理が実行されるので、比較的長い処理時間を要する乾燥処理に律速されることなく、乾燥処理より前の処理が実行される。
請求項1から請求項8のいずれかに係る発明によれば、立体的な構造を有する全固体電池の生産性を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
<第1実施形態>
図1はリチウムイオン二次電池の概略構造を示す図である。より詳しくは、図1(a)はこの発明にかかる製造方法により製造される全固体電池の一例としてのリチウムイオン二次電池モジュール1(以下、単に電池モジュール1と称す)の断面構造を示す図である。この電池モジュール1は、負極集電体11の上に負極活物質層12、固体電解質層13、正極活物質層14および正極集電体15を順番に積層した構造を有している。この明細書では、X、YおよびZ座標方向をそれぞれ図1(a)に示すように定義する。
<第1実施形態>
図1はリチウムイオン二次電池の概略構造を示す図である。より詳しくは、図1(a)はこの発明にかかる製造方法により製造される全固体電池の一例としてのリチウムイオン二次電池モジュール1(以下、単に電池モジュール1と称す)の断面構造を示す図である。この電池モジュール1は、負極集電体11の上に負極活物質層12、固体電解質層13、正極活物質層14および正極集電体15を順番に積層した構造を有している。この明細書では、X、YおよびZ座標方向をそれぞれ図1(a)に示すように定義する。
図1(b)は負極集電体11表面に負極活物質層12を形成した時点での構造を示す斜視図である。図1(b)に示すように、負極活物質層12はY方向に沿って延びる複数のパターン121がX方向に一定間隔を空けて多数並んだ、ラインアンドスペース構造によりストライプ状に形成されている。一方、固体電解質層13は固体電解質によって形成された略一定の厚さを有する薄膜であり、上記のように負極集電体11の上に負極活物質層12が形成されてなる積層体100表面の凹凸に追従するように、該積層体100上面のほぼ全体を一様に覆っている。
また、正極活物質層14は、その下面側は固体電解質層13上面の凹凸に沿った凹凸構造を有するが、その上面は略平坦となっている。そして、このように略平坦に形成された正極活物質層14の上面に正極集電体15が積層されて、電池モジュール1が形成される。この電池モジュール1に適宜タブ電極が設けられ、複数のモジュールが積層されてリチウムイオン二次電池が構成される。
このような構造を有するリチウムイオン電池モジュール1は、薄型で折り曲げ容易である。また、負極活物質層12を図示したような凹凸を有する立体的構造として、その体積に対する表面積を大きくしているので、薄い固体電解質層13を介した正極活物質層14との対向表面積を大きく取ることができ、充放電特性を向上させることができる。このように、立体的な構造を有するリチウムイオン二次電池は小型で高性能を得ることができるものである。
次に上述の電池モジュール1を製造するための装置(以下、単に「電池の製造装置」と称す)について説明する。図2は本発明の第1実施形態を模式的に示す平面図であり、図3はその側面図である。
図2および図3に示すように第1実施形態に係る電池の製造装置91は負極活物質層形成部20、電解質層形成部30、正極活物質層形成部40、貼付部50および乾燥部70を備える。また、貼付部50の(+Y)側には集電体供給部500が並設されている。
負極活物質層形成部20などの前方側(−X側)には上記各部に対してシート状の負極集電体11や後述する積層体を搬送するための搬送機構8が配置されている。搬送機構8の本体上部にはX−Y平面内において移動自在であり、かつ、Z軸方向に昇降自在なハンド8aが設けられている。ハンド8aは図示しない吸着保持機構を備え、その上面で負極集電体11の下面を吸着保持する。搬送機構8の下部には、搬送機構8の本体をY方向に沿って移動させるための駆動機構8bがY方向に延設される。なお、搬送機構8が本発明の搬送手段に相当する。
搬送機構8の駆動機構8bの一方の端部側(−Y側)には、カセット載置部9が配置される。カセット載置部9には複数のシート状の負極集電体11を収納するカセット9aが載置される。負極集電体11は金属箔であり、例えば銅箔である。薄い銅箔は搬送や取り扱いが難しいので、例えば片面をガラス板等のキャリアに貼り付ける等により搬送性を高めておくことが好ましい。そして、負極集電体11である銅箔が貼り付けられた複数のガラス板をカセット9aに収納しておいてもよい。また、カセット9aは後述する乾燥部70による乾燥処理を終えた電池モジュール1も収納可能な構造となっている。
搬送機構8の駆動機構8bの他方の端部側(+Y側)には、乾燥部70が配置される。乾燥部70は後述する複数の積層体102を乾燥させる。制御部7はCPU、ROMおよびRAMなどを有するコンピュータを備え、上記負極活物質形成部20などの各部および搬送機構8の動作などを統括的に制御する。
図4は負極活物質層形成部20を示す図である。負極活物質層形成部20は負極集電体11の一方面に、負極活物質を含む負極極活物質材料22をノズルディスペンス法、中でも負極活物質材料を吐出する第1ノズル21を塗布対象面に対し相対移動させるノズルスキャン法により塗布する。なお、負極活物質層形成部20が本発明の第1活物質層形成部に相当し、負極集電体11が本発明の第1集電体に相当する。
図4(a)はノズルスキャン法による塗布の様子を側面から見た図、図4(b)は同じ様子を斜め上方から見た図である。ノズルスキャン法では、負極活物質材料22を吐出するための吐出口(図示省略)が複数穿設された第1ノズル21を負極集電体11の上方に配置し、吐出口から一定量の負極活物質材料22を吐出させながら、第1ノズル21を負極集電体11に対し相対的に矢印方向Dn1に一定速度で走査移動させる。こうすることで、負極集電体11上には負極活物質材料22がY方向に沿ったストライプ状に塗布される。第1ノズル21に複数の吐出口を設ければ1回の走査移動で複数のストライプを形成することができ、必要に応じて走査移動を繰り返すことで、負極集電体11の全面にストライプ状に負極活物質材料を塗布することができる。これを乾燥硬化させることで、負極集電体11の上面に負極活物質層12が形成される。また、負極活物質材料に光硬化性樹脂を添加し塗布後に光照射して硬化させるようにしてもよい。なお、負極活物質層12が本発明の第1活物質層に相当する。
この時点では、略平坦な負極集電体11の表面に対して活物質層12を盛り上げた状態(凹凸形状)となっており、単に上面が平坦となるように負極活物質材料を塗布する場合に比べて、活物質の使用量に対する表面積を大きくすることができるので、後に形成される正極活物質層との対向面積を大きくなり、充放電特性を向上させることができる。
負極活物質材料はペースト状であり、例えば、負極活物質としてのチタン酸リチウム(Li4Ti5O12)に、導電助剤としてのアセチレンブラックまたはケッチェンブラック、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンラバー(SBR)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルアルコール(PVA)またはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、溶剤としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)などを混合したものを用いることができる。負極活物質材料の粘度としては、例えばせん断速度1s-1(1/秒)で1mPa・s(パスカル秒)ないし100Pa・s程度が望ましい。なお、負極活物質として上記チタン酸リチウムの他に例えば黒鉛、金属リチウム、SnO2、合金系などを用いることが可能である。この負極活物質材料が本発明の第1活物質材料に相当する。
図5は電解質層形成部30を示す図であり、スピンコート法による固体電解質材料の塗布の様子を模式的に示す図である。図5に示すように、負極集電体11と負極活物質層12とを積層してなる積層体100は、鉛直方向(Z方向)の回転軸周りを所定の回転方向Drに回転自在の回転ステージ32に略水平に載置される。そして、回転ステージ32が所定の回転速度で回転し、回転ステージ32の回転軸上の上部位置に設けられた第2ノズル31から高分子電解質材料を含む固体電解質材料33が積層体100に向かって吐出される。積層体100に滴下された固体電解質材料は遠心力によって周囲に広がり、余分な固体電解質材料は積層体100の端部から振り切られる。こうすることで、積層体100の上面は薄く均一な固体電解質材料によって覆うことによって電解質層13が形成される。なお、この時点では電解質層13は溶媒成分を含み未乾燥の状態である。スピンコート法では、塗布液の粘度および回転ステージ32の回転速度によって膜厚を制御することができ、積層体100のような表面に凹凸構造を有する被処理物に対してもその凹凸に追従する厚さの均一な薄膜を形成することについても十分な実績がある。
固体電解質層13の厚さについては任意であるが、正負の活物質層間が確実に分離され、また内部抵抗が許容値以下となるような厚さであることが必要である。なお、表面積を増大させるために設けた負極活物質層12の凹凸の意義を滅却しない、という観点からは、固体電解質層13の厚さ(図1(a)の符号t13)が負極活物質層12の凹凸の高低差(図1(a)の符号t12)よりも薄いことが望ましい。
固体電解質材料33は液状であり、固体電解質として機能する高分子電解質材料、例えばポリエチレンオキシドおよび/またはポリスチレンなどの樹脂に、支持塩としての例えば六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)および溶剤としての例えばジエチレンカーボネートなどを混合したものを用いることができる。支持塩としては、六フッ化リン酸リチウムに代えて、過塩素酸リチウム(LiClO4)またはリチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド(LiTFSI)を用いるようにしてもよい。
図6は正極活物質層形成部40を示す図であり、ドクターブレード法による正極活物質材料44の塗布の様子を模式的に示す図である。より詳しくは、図5(a)はドクターブレード法による塗布の様子を側面から見た図、図5(b)は同じ様子を斜め上方から見た図である。正極活物質材料44を吐出する第3ノズル41は積層体101に対して相対的に方向Dn2(この例ではY方向)に走査移動される。第3ノズル41の移動方向Dn2において第3ノズル41の後方側にはドクターブレード42が取り付けられている。ドクターブレード42の下端は、積層体101の上面に形成された電解質層13よりも上方位置で、吐出された正極活物質材料44の上面に接触する。これにより、正極活物質材料44の上面が平らに均される。
第3ノズル41としては、図4に示した第1ノズル21のように多数の吐出口を有するものであってもよいし、移動方向Dn2に直交する方向(この例ではX方向)に延びるスリット状の吐出口を有するものであってもよい。
このようにして正極活物質を含む正極活物質材料44を積層体100に塗布することで、電解質層13の凹部が正極活物質材料で埋められ、その下面が電解質層13の凹凸に沿った凹凸を有する一方、上面が略平坦な正極活物質層14が積層体100上に形成され、積層体101が形成される。なお、正極活物質層形成部40が本発明の第2活物質層形成部に相当し、正極活物質層14が本発明の第2活物質層に相当する。
正極活物質材料44はペースト状であり、例えば正極活物質材料としてのコバルト酸リチウム(LiCoO2)に、導電助剤としてのアセチレンブラック、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)、溶剤としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)などを混合したものを用いることができる。本実施形態にて電解質層13の支持塩として用いている六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)は水と反応して分解する性質を有している。従って、電解質層13に直接接触する正極活物質材料および負極活物質材料の溶媒として水が含まれていると、この溶媒の水と六フッ化リン酸リチウムが反応して分解するおそれがある。このため、正負極の活物質を含む材料の溶媒としては水を含まないものが好ましく、本実施形態では例えば有機溶媒であるNMPを用いている。なお、正極活物質材料としては、LiCoO2の他に、LiNiO2またはLiFePO4、LiMnPO4、LiMn2O4、またLiMeO2(Me=MxMyMz;Me、Mは遷移金属、x+y+z=1)で代表的に示される化合物、例えばLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2などを用いることができる。また、正極活物質材料44の粘度としては、負極活物質材料と同じく、例えばせん断速度1s-1で1mPa・sないし100Pa・s程度が望ましい。なお、正極活物質材料44が本発明の第2活物質材料に相当する。
図7は貼付部50および集電体供給部500を示す側面図である。図7に示すように貼付部50は積層体101を水平に支持するステージ53を備える。このステージ53の上方には押圧部52が設けられる。押圧部52はステージ53に対して昇降する。
貼付部50の(+Y)方向側には集電体供給部500が並設されている。集電体供給部500は正極集電体15を水平に支持するためステージ504を備える。ステージ504には複数枚の正極集電体15が積層された状態で載置される。正極集電体15はシート状の金属箔であり、例えばアルミニウム箔である。なお、正極集電体が本発明の第2集電体に相当する。
シャトル機構501は集電体供給部500から貼付部50内に配置された積層体101上に正極集電体15を搬送する。シャトル機構501は一対の吸着部502およびガイド503を備える。一対の吸着部502は正極集電体15の両端を上方から吸着保持する。ガイド503は集電体供給部500から貼付部50に亘って設けられる。このシャトル機構501の動作は次の通りである。すなわち、シャトル機構501は集電体供給部500のステージ504上に水平に積層支持された複数の正極集電体15に対して一対の吸着部502を下降させ、一対の吸着部502の下面を最上部に配置された正極集電体15の両端部に当接させる。この状態で一対の吸着部502により正極集電体15を吸着保持する。正極集電体15を吸着保持した一対の吸着部502を上昇させた後、ガイド503に沿って(−Y)方向に移動させ、貼付部50のステージ53上に水平支持された積層体101の上方で停止させる。一対の吸着部502を積層体101に対して下降させて、正極集電体15の下面を積層体101の上面である正極活物質層14の上面に当接させる。
ここで、図8に示すように一対の吸着部502に吸着保持された正極集電体15を積層体101に当接させた状態で、貼付部50は押圧部52を正極集電体15の上面に向けて下降させる。貼付部50は押圧部52の下面を正極集電体15の上面のほぼ全面に当接させた状態で、正極集電体15を積層体101に対して押圧する。この状態でシャトル機構501は一対の吸着部502による吸着保持を解除した後、一対の吸着部502を上昇させて、一対の吸着部502を正極集電体15から離間させる。次に貼付部50は押圧部52を上昇させて、押圧部52を正極集電体15から離間させる。この動作により積層体101に正極集電体15が貼り付けられ、積層体102となる。
上述のように貼付部50において正極集電体15を積層体101に貼り付ける動作は、積層体101の正極活物質層14が硬化しないうちに、その上面に正極集電体15を重ねられる。こうすることで、正極活物質層14と正極集電体15とを互いに密着させて接合することができる。また正極活物質層14の上面は平らに均されているので、正極集電体15を隙間なく積層することが容易となっている。
図1および図2に示す乾燥部70はその内部に複数の積層体102を収納可能に構成されている。そして、乾燥部70は内部に収納された積層体102に対して、例えば加熱された気体(熱風)を供給し、積層体102内の負極活物質層12、電解質層13および正極活物質層14内に残存する溶媒成分を気化させて積層体102を乾燥処理する。
次に上述のように構成された電池の製造装置91の動作について図9を参照して説明する。図9は第1実施形態の動作の流れを示すフロー図である。まず、図9のステップS10に示す負極集電体搬入工程おいて、図1および図2に示す搬送機構8の本体を駆動機構8bによってカセット載置部9に対向する位置まで移動させる。次に搬送機構8のハンド8aを進退させることによってカセット載置部9に載置されたカセット9a内に収納された負極集電体11を取り出す。そして、ハンド8aにより負極集電体11を保持した搬送機構8の本体を駆動機構8bによって負極活物質層形成部20に対向する位置まで移動させる。次にハンド8aを負極活物質層形成部20内に進入させてハンド8aから負極活物質層形成部20内の図示しないステージ上に負極集電体15を渡した後、ハンド8aは退出する。
次に負極活物質層形成部20内に搬入された負極集電体11に対してステップS20に示す負極活物質層形成工程が実行される。具体的には図4に示すようにノズルスキャン法により、吐出口から一定量の負極活物質材料22を吐出する第1ノズル21を負極集電体11に対し相対的に矢印方向Dn1に一定速度で走査移動させて、負極集電体11上に負極活物質材料22がY方向に沿ったストライプ状に塗布される。このように負極集電体11上にストライプ状に負極活物質材料22が塗布されて、凹凸形状を有する負極活物質層12が形成される。ここで積層状態にある負極集電体11および負極活物質層12を積層体100とする。なお、負極活物質層形成工程が本発明の第1活物質層形成工程に相当する。
上記積層体100を搬送機構8によって負極活物質層形成部20から電解質形成部30内の回転ステージ32上に搬送する(第1搬送工程)。回転ステージ32上に搬送された積層体100に対して図9のステップS30に示す電解質層形成工程が実行される。具体的には図5に示すようにスピンコート法により、回転ステージ32とともに回転する積層体100に第2ノズル31から固体電解質材料33が供給され、積層体100の凹凸形状を有する上面は固体電解質材料で追従するように覆われて、薄く均一な電解質層13が形成される。なお、この時点では電解質層13は溶媒成分を含むので固体の状態ではない。
電解質層13が形成された積層体を搬送機構8によって電解質形成部30から正極活物質層形成部40内の図示しないステージ上に搬送する(第2搬送工程)。正極活物質層形成部40内に搬送された積層体に対して図9のステップS40に示す正極活物質層形成工程が実行される。具体的には図6に示すようにドクターブレード法により、正極活物質材料44を吐出する第3ノズル41を積層体101に対して相対的に方向Dn2に走査移動させつつ、吐出された正極活物質材料44の上面をドクターブレード42により平らに均す。この結果、電解質層13の凹部が正極活物質材料44で埋められ、下面が電解質層13の凹凸に沿った凹凸を有する一方、上面が略平坦な正極活物質層14が積層体上に形成される。このステップS30により正極活物質層14が形成された負極集電体11、負極活物質層12、電解質層13および正極活物質層14による積層体を積層体101とする。なお、正極活物質層形成工程は本発明の第2活物質層形成工程に相当する。
上記積層体101を搬送機構8によって正極活物質層形成部40から貼付部50のステージ53上に搬送する(第3搬送工程)。次に貼付部50内に搬送された積層体に対して図9のステップS50に示す正極集電体貼付工程が実行される。具体的には図7および図8に示すようにシャトル機構501によって集電体供給部500から積層体101上に配置された正極集電体15を押圧部52により押圧することにより、積層体101の最上層にある正極活物質層14に正極集電体15を貼り付ける。このように正極集電体15が貼り付けられた積層体を積層体102とする。
上記積層体102を搬送機構8によって貼付部50から乾燥部70内に搬送する(第4搬送工程)。乾燥部70内に搬送された積層体102に対して図9のステップS60に示す乾燥工程が実行される。具体的には乾燥部70は内部に収納された積層体102に対して、例えば加熱された気体(熱風)を供給し、積層体102を構成する負極活物質層12、電解質層13および正極活物質層14内に残存する溶媒成分を気化させて積層体102を乾燥処理する。この乾燥工程が完了すると、図1(a)に示す電池モジュール1が完成する。
最後に、ステップS70に示す電池モジュール搬出工程を実行する。具体的には、搬送機構8により乾燥部70内から電池モジュール1を搬出し、カセット載置部9に載置されたカセット9a内に収納する。
上述のように乾燥工程(ステップS60)を実行するまで、負極活物質層12、電解質層13および正極活物質層14に対して実質的な乾燥処理は実行されず、各層内の溶媒成分は若干、自然蒸発するがその多くは各層内に残存した未乾燥の状態である。そして、本実施形態では上記のように乾燥工程において各層を一体的に乾燥処理するので、従来技術のように一層を形成するための複数の塗布動作ごとに乾燥処理を実行する方法と比べて、立体的な構造を有する電池モジュール1を生産性よく製造することができる。また、負極活物質層などの一層を一度の塗布動作により形成するので従来技術のように数度の塗布動作により薄い層を積み上げて一層とする方法と比べて、電池モジュール1を生産性よく製造することができる。
<第2実施形態>
次に本発明に係る第2実施形態について説明する。上記第1実施形態ではシート状(枚葉)の負極集電体11上に負極活物質層12、電解質層13、正極活物質層14および正極集電体15を順次、積層させて形成された積層体102を乾燥させて電池モジュール1を製造する。これに対し、この第2実施形態では長尺帯状(ウエブ状)の負極集電体11上に順次、上記各層および正極集電体15を積層させた後、切断することにより得られるシート状の積層体103を乾燥させて電池モジュール1aを製造する。以下、図面を参照して詳しく説明する。
次に本発明に係る第2実施形態について説明する。上記第1実施形態ではシート状(枚葉)の負極集電体11上に負極活物質層12、電解質層13、正極活物質層14および正極集電体15を順次、積層させて形成された積層体102を乾燥させて電池モジュール1を製造する。これに対し、この第2実施形態では長尺帯状(ウエブ状)の負極集電体11上に順次、上記各層および正極集電体15を積層させた後、切断することにより得られるシート状の積層体103を乾燥させて電池モジュール1aを製造する。以下、図面を参照して詳しく説明する。
図10は電池の製造装置の第2実施形態を模式的に示す側面図である。図10に示すように電池の製造装置93は負極活物質層形成部20a、電解質層形成部30a、正極活物質層形成部40a、貼付部50a、切断部60、乾燥部70aおよび制御部7aを備える。また、電池の製造装置93は長尺帯状の負極集電体11をその長手方向に沿って搬送するための負極集電体供給部80および第1コンベア4を備え、さらに切断部60による切断処理にて得られる積層体103を乾燥部70aまで搬送するための第2コンベア5および搬送機構6を備える。
負極活物質層形成部20aは、長尺帯状の金属箔、例えば銅箔からなる負極集電体11上に負極活物質層12を形成する。負極活物質層形成部20aは、図10および図11に示すように第1ノズル25を備える。なお、図11は負極活物質層形成部20aなどを示す斜視図である。第1ノズル25には上記第1実施形態の第1ノズル21と同様に、負極活物質材料を吐出するための吐出口(図示省略)が第1ノズル25の下部突出部の下面にX方向に沿って複数穿設されている。第1ノズル25は第1コンベア41によって(+Y)方向に向かって搬送される負極集電体11の上方に配置され、負極集電体11上に向けて上記複数の吐出口から一定量の負極活物質材料を吐出させる。こうすることで、負極集電体11上に負極活物質材料によるパターン121がY方向に沿ったストライプ状に塗布形成され、負極活物質層12が形成される。なお、第2実施形態における負極活物質材料は第1実施形態において用いた負極活物質材料22と同様の材料である。
電解質層形成部30aは負極活物質層12上に電解質層13を形成する。電解質層形成部30aは第2ノズル35を備える。第2ノズル35はその下部にX方向に沿って配列された複数の吐出部35aを有する。複数の吐出部35aはそれぞれ固体電解質材料を多数の液滴として吐出する。第2ノズル35は、第1ノズル25より(+Y)方向側であり、第1コンベア41によって(+Y)方向に向かって搬送される負極集電体11の上方位置に配置され、負極集電体11およびパターン121上に向けて上記複数の吐出部35aから固体電解質材料の多数の液滴をスプレイ状に吐出する。こうすることで、負極集電体11上に形成された負極活物質層12の凹凸構造を有する表面に対してその凹凸に沿った厚さの均一な固体電解質材料の薄膜が形成され、電解質層13が形成される。なお、第2実施形態における固体電解質材料は第1実施形態において用いた固体電解質材料33と同様の材料である。
正極活物質層形成部40aは電解質層13上に正極活物質層14を形成する。正極活物質層形成部40aは第3ノズル45を備える。第3ノズル45には正極活物質材料を吐出するための吐出口(図示省略)が第3ノズル45の下部突出部の下面にX方向に沿ってスリット状に穿設されている。第3ノズル45は、第2ノズル35より(+Y)方向側であり、第1コンベア41によって(+Y)方向に向かって搬送される負極集電体11の上方位置に配置され、電解質層13に向けて上記スリット状の吐出口から正極活物質材料を帯状に吐出する。こうすることで、電解質層13の凹部が正極活物質材料により埋められ、下面が電解質層13の凹凸に沿った凹凸を有する一方、上面が略平坦な正極活物質層14が形成される。なお、第2実施形態における正極活物質材料は第1実施形態において用いた正極活物質材料44と同様の材料である。
貼付部50aは正極活物質層14上に長尺帯状の金属箔、例えばアルミ箔からなる正極集電体15を貼り付ける。貼付部50aは、正極活物質層形成部40aより(+Y)方向側であり、第1コンベア41によって(+Y)方向に向かって搬送される負極集電体11の上方位置に配置され、巻出し機構54、複数の搬送ローラ56および押圧ローラ57を備える。貼付部50aは巻出し機構53から巻き出された正極集電体15を、複数の搬送ローラ56を介して、第1コンベア4により(+Y)方向に搬送される負極集電体11上に形成された正極活物質層14と、押圧ローラ57との間に搬送する。このように搬送された正極集電体15は押圧ローラ57により正極活物質層14に対して押圧され、この結果、正極集電体15が正極活物質層14に貼り付けられる。
切断部60は、負極集電体11、負極活物質層12、電解質層13、正極活物質層14および正極集電体15が積層された積層体を、製造すべき電池モジュール1aの大きさに基づいて切断し、シート状(枚葉)の積層体103とする。切断部60は貼付部50aより(+Y)方向側であり、第1コンベア4と第2コンベア5との間の上方に配置されるとともに、昇降駆動される切断刃64を備える。切断部60はその先端(+Y側端)側が第2コンベア5上に載置され、その後端(−Y側端)側が第1コンベア上に載置されている上記長尺帯状の積層体に対して切断刃を下降させることにより、積層体を切断してシート状(枚葉)の積層体103とする。なお、切断部60が本発明の切断手段に相当する。
乾燥部70aは複数の積層体103を乾燥処理する。乾燥部70aは第2コンベア5より(+Y)方向側に搬送機構6を挟んで配置され、複数の積層体103が載置される複数の棚74と、この棚74に載置された積層体103に対して例えば加熱された気体(熱風)を供給する図示しない加熱機構とを備える。
負極集電体供給部80は、第1コンベア4より(−Y)方向側に配置され、第1コンベア4の無端ベルト4a上に長尺帯状の負極集電体11を供給する。負極集電体供給部80より(+Y)方向側には第1コンベア4が配置される。第1コンベア4は無端ベルト4aを備え、この無端ベルト4aを図示時計回りの方向に回転駆動することにより、負極集電体11を搬送する。この第1コンベア4が本発明の移動手段に相当する。第1コンベア4より(+Y)方向側には第2コンベア5が配置される。第2コンベア5は無端ベルト5aを備え、この無端ベルト5aを図示時計回りの方向に回転駆動することにより、切断部60により切断される前の上記積層体および切断後の積層体103を搬送する。また、第2コンベア5上に載置された積層体103を第2コンベア5の上方に突き上げる図示しない突き上げ機構が設けられている。
第2コンベア5より(+Y)方向側には搬送機構6が配置される。この搬送機構6は第2コンベア5の上方に突き上げ機構により突き上げられた積層体103を乾燥部70内に搬送する。搬送機構6の本体上部にはX−Y平面内において移動自在であり、かつ、Z軸方向に昇降自在なハンド6aが設けられている。ハンド6aは図示しない吸着保持機構を備え、その上面で積層体103を吸着保持する。制御部7aはCPU、ROMおよびRAMなどを有するコンピュータを備え、上記負極活物質形成部20aなどの各部、第1コンベア4、第2コンベア5および搬送機構6の動作などを統括的に制御する。
次に上述のように構成された電池の製造装置93の動作について図12を参照して説明する。図12は第2実施形態の動作の流れを示すフロー図である。まず、図12のステップS11に示す負極集電体巻出工程おいて、図10に示す負極集電体供給部80内に配置されたロール状に巻かれている負極集電体11を巻出機構84によって長尺帯状に巻き出す。また、巻き出された負極集電体11を複数の搬送ローラ86などによって第1コンベア4の無端ベルト4a上に供給する。無端ベルト4a上に供給された負極集電体11は無端ベルト4aおよび複数の押えローラ2によって(+Y)方向に向かって搬送される。このように負極集電体11を搬送させつつ、以下に説明するステップS21に示す負極活物質層形成工程からステップS51に示す正極集電体貼付工程までが実行される。
次に、図12のステップS21に示す負極活物質層形成工程において、(+Y)方向に向かって搬送される負極集電体11の上面に向けて、負極活物質層形成部20aが備える第1ノズル25の複数の吐出口から負極活物質材料が線状に吐出される。この結果、Y方向に延びる複数の凸状のパターン121が互いに平行に配列されたストライプ状の負極活物質層12が形成される。図13(A)は図11に示すA−A線断面であり、負極活物質層形成工程後の状態を示す図である。図13(A)に示すように負極活物質層12は、X方向に沿って配列された複数のパターン121により凸部が形成され、また、パターン121間の空間と負極集電体11の表面(上面)とで凹部が形成された凹凸形状となっている。
次に図12のステップS31に示す電解質層形成工程において、(+Y)方向に向かって搬送される負極集電体11上に形成された負極活物質層12に向けて、電解質層形成部30aが備える第2ノズル35の複数の吐出部35aから固体電解質材料がスプレイ状に吐出される。この結果、負極活物質材料層12の凹凸形状に追従するように固体電解質材料が塗布され、凹凸形状を有する電解質層13が形成される。図13(B)は図11に示すB−B線断面であり、電解質層形成工程後の状態を示す図である。なお、この時点では電解質層13は溶媒成分を含むので固体の状態ではない。
次に図12のステップS41に示す正極活物質層形成工程において、(+Y)方向に向かって搬送される負極集電体11上に形成された電解質層13に向けて、正極活物質層形成部40aが備える第3ノズル45の吐出部から正極活物質材料が帯状に吐出される。この結果、電解質層13の凹部を埋めるように正極活物質材料が塗布され、正極活物質層14が形成される。図13(C)は図11に示すC−C線断面であり、正極活物質層形成工程後の状態を示す図である。
次に図12のステップS51に示す正極集電体貼付工程において、貼付部50aの巻出し機構54から巻き出され、搬送ローラ56により正極活物質層14の上面に供給された正極集電体15が押圧ローラ57により正極活物質層14側に押圧される。この結果、正極活物質層14に正極集電体15が貼り付けられる。図13(D)は、正極集電体貼付工程後以降の積層体の状態を示す断面図である。図13(D)に示すように正極集電体15は正極活物質層14の電解質層13側とは反対側の表面に貼り付けられる。
上記のように第1コンベア4によってその長手方向であるY方向に沿って搬送される長尺帯状の負極集電体11に対して、負極活物質層形成工程、固体電解質形成工程、正極活物質層形成工程および正極集電体貼付工程が順次、実行される。
第1コンベア4により(+Y)方向に搬送される正極集電体貼付工程後の負極集電体11を含む長尺帯状の積層体の先端が第2コンベア5に進入するとこの先端部は第2コンベア5により(+Y)方向に搬送される。積層体の先端部が製造すべき電池モジュール1aの大きさの分だけ第2コンベア5上に進入したとき、制御部7aは第1コンベア4および第2コンベア5の駆動を停止し、積層体を静止状態とする。このとき、制御部7aは負極集電体供給部80による負極集電体11の供給動作と、貼付部50による正極集電体15の供給動作も停止する。この状態で図12のステップS52に示す切断工程が実行される。
図12のステップS52に示す切断工程において、切断部60はその先端(+Y側端)側が第2コンベア5上に載置され、その後端(−Y側端)側が第1コンベア上に載置され、静止状態にある長尺帯状の積層体に対して切断刃64を下降させることにより、積層体を切断してシート状(枚葉)の積層体103とする。
切断工程(ステップS52)が完了すると制御部7aは、第1コンベア4および第2コンベア5による負極集電体11や積層体の搬送動作を再開するとともに、負極集電体供給部80による負極集電体11の供給動作および貼付部50による正極集電体15の供給動作を再開する。そして、上記負極集電体巻出工程(ステップS11)から切断工程(ステップS52)が実行される。このように製造すべき電池モジュール1aの単位ごとに上記搬送動作および供給動作が間欠的に実行されるとともに、上記負極集電体巻出工程(ステップS11)から切断工程(ステップS52)までが実行される。
切断工程(ステップS52)により得られたシート状の積層体103は、図示しない突き上げ機構により、第2コンベア5の上方に突き上げられ、その下面が搬送機構6のハンド6aの上面に吸着保持される。積層体103を吸着保持したハンド6aはX−Y平面内で進退、旋回動作を行うとともに適宜に昇降動作を行うことで、乾燥部70a内の棚74上に積層体103を搬送して載置する。
乾燥部70a内の棚74上に載置された積層体103に対して図12のステップS61に示す乾燥工程が実行される。具体的には、図示しない加熱機構により例えば加熱された気体(熱風)を積層体103に供給して、積層体103を構成する負極活物質層12、電解質層13および正極活物質層14内に残存する溶媒成分を気化させて積層体103を乾燥処理する。この乾燥工程が完了すると、電池モジュール1aが完成する。なお、この乾燥工程は乾燥部70a内に順次、搬入される複数の積層体103に対して実行される。
最後に、ステップS71にて電池モジュール1aを乾燥部70aから搬出する(電池モジュール搬出工程)。この搬出動作は搬送機構6により行ってもよいし、他の搬送機構によって行ってもよく、その搬出先は第1実施形態のようにカセットとすればよい。
上述のように乾燥工程(ステップS61)を実行するまで、負極活物質層12、電解質層13および正極活物質層14に対して実質的な乾燥処理は実行されず、各層内の溶媒成分は若干、自然蒸発するがその多くは各層内に残存した未乾燥の状態である。そして、本実施形態では上記のように乾燥工程において各層を一体的に乾燥処理するので、従来技術のように一層を形成するための複数の塗布動作ごとに乾燥処理を実行する方法と比べて、立体的な構造を有する電池モジュール1aを生産性よく製造することができる。また、負極活物質層などの一層を一度の塗布動作により形成するので従来技術のように数度の塗布動作により薄い層を積み上げて一層とする方法と比べて、電池モジュール1aを生産性よく製造することができる。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、各工程において適用する塗布方法は上記に限定されるものではなく、当該工程の目的に適うものであれば他の塗布方法を適用してもよい。例えば、上記した第1実施形態では、電解質層形成工程においてスピンコート法を適用しているが、塗布対象面の凹凸に追従した薄膜を形成することのできる方法であれば他の方法、例えば第2実施形態の固体電解質形成工程で用いたようなスプレーコート法によって固体電解質材料を塗布するようにしてもよい。
また例えば、上記第1実施形態では、正極活物質層形成工程にてドクターブレード法を適用しているが、電解質層の凹部を正極活物質層で埋めることが可能な塗布方法であれば他の方法であってもよい。例えばノズルスキャン法や第2実施形態のようなスリットコート法、バーコート法などで塗布するようにしてもよい。逆に第2実施形態においてスリットコート法に替えて、ドクターブレード法、ノズルスキャン法、バーコート法などの他の塗布方法を採用してもよい。
また、上記実施形態では負極集電体上に負極活物質層、電解質層、正極活物質層および正極集電体を順次積層しているが、これとは反対に、正極集電体上にストライプ状のパターンを有する正極活物質層を形成した後、その上に電解質層、負極活物質層および負極集電体を順次、積層するようにしてもよい。この場合、正極集電体が本発明の第1集電体に相当し、正極活物質層が本発明の第1活物質層に相当し、正極活物質材料が第1活物質材料に相当し、負極活物質層が本発明の第2活物質層に相当し、負極活物質材料が本発明の第2活物質材料に相当し、負極集電体が本発明の第2集電体に相当する。
また、上記実施形態では負極集電体11の表面上に直接、負極活物質層12のパターン121を形成する。この形成方法に替えて負極集電体11の表面に負極活物質材料による平坦膜を形成した後、この平坦膜上にストライプ状にパターン121を形成してもよい。正極活物質層をストライプ状に形成する上記変形例においても同様である。
また、上記第2実施形態では長尺帯状の積層体を切断して得られるシート状の積層体103に対して乾燥処理を行う。この方法に替えて、長尺帯状の積層体に対して乾燥処理を行った後、切断処理を実行してもよい。但し、乾燥工程はその前工程である負極活物質層形成工程などの塗布工程と比較して長い処理時間を必要とするので、上記第2実施形態のように切断後に複数の積層体103に対して乾燥処理を実行する方が、乾燥処理に率速されることなく、乾燥工程より前の工程が実行できるので、より生産性が高くなる。
また、上記実施形態の乾燥工程では熱風による乾燥処理を実行しているが乾燥方式はこれに限定されず、例えば積層体の周囲雰囲気を減圧状態として乾燥処理する減圧乾燥処理方式を用いてもよい。また、各工程間において熱風乾燥機を設けて各層内の溶媒成分を若干、乾燥させる予備乾燥工程を設けてもよい。
また、上記実施形態で例示した集電体、活物質、電解質等の材料はその一例を示したものであってこれに限定されず、リチウムイオン二次電池の構成材料として用いられる他の材料を使用してリチウムイオン電池を製造する場合においても、本発明の製造方法を好適に適用することが可能である。また、リチウムイオン二次電池に限らず、他の材料を用いた化学電池(全固体電池)全般の製造に本発明を適用することが可能である。
1、1a 電池モジュール
4 第1コンベア
5 第2コンベア
6 搬送機構
7、7a 制御部
8 搬送機構
11 負極集電体
12 負極活物質層
13 電解質層
14 正極活物質層
15 正極集電体
20、20a 負極活物質層形成部
30、30a 電解質層形成部
40、40a 正極電解質層形成部
60 切断部
70、70a 乾燥部
91 電池の製造装置(第1実施形態)
93 電池の製造装置(第2実施形態)
102、103 積層体
4 第1コンベア
5 第2コンベア
6 搬送機構
7、7a 制御部
8 搬送機構
11 負極集電体
12 負極活物質層
13 電解質層
14 正極活物質層
15 正極集電体
20、20a 負極活物質層形成部
30、30a 電解質層形成部
40、40a 正極電解質層形成部
60 切断部
70、70a 乾燥部
91 電池の製造装置(第1実施形態)
93 電池の製造装置(第2実施形態)
102、103 積層体
Claims (8)
- 第1集電体に対して、第1活物質材料を第1方向に沿ってストライプ状に塗布して、凹凸形状を有する第1活物質層を形成する第1活物質層形成工程と、
第1活物質層形成工程後に、第1集電体上に形成された第1活物質層の凹凸形状に追従するように固体電解質材料を塗布して、凹凸形状を有する電解質層を形成する電解質層形成工程と、
電解質層形成工程後に、第1集電体上に形成された電解質層の凹部を埋めるように第2活物質材料を塗布して、第2活物質層を形成する第2活物質層形成工程と、
第2活物質層形成工程後に、第1集電体上に形成された第2活物質層の電解質層側とは反対側の表面に第2集電体を貼り付ける集電体貼付工程と、
集電体貼付工程後に、第1集電体、第1活物質層、電解質層、第2活物質層および第2集電体が積層された積層体を乾燥させる乾燥工程と、
を含むことを特徴とする全固体電池の製造方法。 - 請求項1に記載される全固体電池の製造方法において、
第1活物質層形成工程が、第1活物質層形成部にてシート状の第1集電体に対して第1活物質材料を第1方向に沿ってストライプ状に塗布して、凹凸形状を有する第1活物質層を形成する工程であり、
電解質層形成工程が、電解質層形成部にて第1集電体上に形成された第1活物質層の凹凸形状に追従するように固体電解質材料を塗布して、凹凸形状を有する電解質層を形成する工程であり、
第2活物質層形成工程が、第2活物質層形成部にて第1集電体上に形成された電解質層の凹部を埋めるように第2活物質材料を塗布して、第2活物質層を形成する工程であり、
集電体貼付工程が、集電体貼付部にて第1集電体上に形成された第2活物質層の電解質層側とは反対側の表面に第2集電体を貼り付ける工程であり、
乾燥工程が、乾燥部にて第1集電体、第1活物質層、電解質層、第2活物質層および第2集電体が積層された積層体を乾燥させる工程であり、
第1活物質層形成工程後に、第1活物質層形成部から電解質層形成部に第1集電体および第1活物質層からなる積層体を搬送する第1搬送工程と、
電解質層形成工程後に、電解質層形成部から第2活物質層形成部に第1集電体、第1活物質層および電解質層からなる積層体を搬送する第2搬送工程と、
第2活物質層形成工程後に、第2活物質層形成部から集電体貼付部に第1集電体、第1活物質層、電解質層および第2活物質層からなる積層体を搬送する第3搬送工程と、
集電体貼付工程後に、集電体貼付部から乾燥部に第1集電体、第1活物質層、電解質層、第2活物質層および第2集電体からなる積層体を搬送する第4搬送工程と、
をさらに含むことを特徴とする全固体電池の製造方法。 - 請求項1に記載される全固体電池の製造方法において、
第1活物質層形成工程、電解質層形成工程、第2活物質層形成工程および集電体貼付工程が、その長手方向である第1方向に沿って搬送される長尺帯状の第1集電体に対して順次、実行されることを特徴とする全固体電池の製造方法。 - 請求項3に記載される全固体電池の製造方法において、
集電体貼付工程と乾燥工程との間に、第1集電体、第1活物質層、電解質層、第2活物質層および第2集電体が積層された長尺帯状の積層体を切断して、シート状の積層体を得る切断工程をさらに含み、
乾燥工程が前記シート状の積層体を乾燥させる工程であることを特徴とする全固体電池の製造方法。 - 第1集電体に対して、第1活物質材料を第1方向に延びるストライプ状に塗布して、凹凸形状を有する第1活物質層を形成する第1活物質層形成手段と、
第1活物質層形成手段により第1集電体上に形成された第1活物質層の凹凸形状に追従するように固体電解質材料を塗布して、凹凸形状を有する電解質層を形成する電解質層形成手段と、
電解質層形成手段により第1集電体上に形成された電解質層の凹部を埋めるように第2活物質材料を塗布して、第2活物質層を形成する第2活物質層形成手段と、
第2活物質層形成手段により第1集電体上に形成された第2活物質層の電解質層側とは反対側の表面に第2集電体を貼り付ける集電体貼付手段と、
第1集電体、第1活物質層、電解質層、第2活物質層および第2集電体が積層された積層体を乾燥させる乾燥手段と、
を備えることを特徴とする全固体電池の製造装置。 - 請求項5に記載される全固体電池の製造装置において、
第1活物質層形成手段が、シート状の第1集電体に対して第1活物質材料を第1方向に沿ってストライプ状に塗布して、凹凸形状を有する第1活物質層を形成する第1活物質層形成部を有し、
電解質層形成手段が、第1集電体上に形成された第1活物質層の凹凸形状に追従するように固体電解質材料を塗布して、凹凸形状を有する電解質層を形成する電解質層形成部を有し、
第2活物質層形成手段が、第1集電体上に形成された電解質層の凹部を埋めるように第2活物質材料を塗布して、第2活物質層を形成する第2活物質層形成部を有し、
集電体貼付手段が、第1集電体上に形成された第2活物質層の電解質層側とは反対側の表面に第2集電体を貼り付ける集電体貼付部を有し、
乾燥手段が、第1集電体、第1活物質層、電解質層、第2活物質層および第2集電体が積層された積層体を乾燥させる乾燥部を有し、
第1活物質層形成部から電解質層形成部に第1集電体および第1活物質層からなる積層体を搬送し、電解質層形成部から第2活物質層形成部に第1集電体、第1活物質層および電解質層からなる積層体を搬送し、第2活物質層形成部から集電体貼付部に第1集電体、第1活物質層、電解質層および第2活物質層からなる積層体を搬送し、集電体貼付部から乾燥部に第1集電体、第1活物質層、電解質層、第2活物質層および第2集電体からなる積層体を搬送する搬送手段をさらに備えることを特徴とする全固体電池の製造装置。 - 請求項5に記載される全固体電池の製造装置において、
長尺帯状の第1集電体をその長手方向である第1方向に沿って移動させる移動手段をさらに備え、
第1活物質層形成手段、電解質層形成手段、第2活物質層形成手段および集電体貼付手段によるそれぞれの処理が、移動手段によって移動させられる第1集電体に対して実行されることを特徴とする全固体電池の製造装置。 - 請求項7に記載される全固体電池の製造装置において、
第1集電体、第1活物質層、電解質層、第2活物質層および第2集電体が積層された長尺帯状の積層体を切断して、シート状の積層体を得る切断手段をさらに備え、
乾燥手段により前記シート状の積層体を乾燥させることを特徴とする全固体電池の製造装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011013773A JP2012155988A (ja) | 2011-01-26 | 2011-01-26 | 全固体電池の製造方法および全固体電池の製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2011013773A JP2012155988A (ja) | 2011-01-26 | 2011-01-26 | 全固体電池の製造方法および全固体電池の製造装置 |
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ID=46837515
Family Applications (1)
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JP2011013773A Pending JP2012155988A (ja) | 2011-01-26 | 2011-01-26 | 全固体電池の製造方法および全固体電池の製造装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2012155988A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2011
- 2011-01-26 JP JP2011013773A patent/JP2012155988A/ja active Pending
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