JP2020077491A - Battery manufacturing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池製造装置に関する。 The present invention relates to a battery manufacturing device.
基材上に正極、負極および固体電解質からなる積層体を形成し、気相プロセスが終了した後、積層体を、露点が―45度以下の不活性雰囲気中で、外気に晒すことなく搬送し、この不活性雰囲気中で積層体を封止部材により封止するようにした電池製造装置が公知である(例えば特許文献1を参照)。 After forming a laminated body composed of a positive electrode, a negative electrode and a solid electrolyte on a substrate and completing the gas phase process, the laminated body is transported in an inert atmosphere with a dew point of −45 ° C. or less without being exposed to the outside air. A battery manufacturing apparatus is known in which the laminate is sealed with a sealing member in this inert atmosphere (see, for example, Patent Document 1).
このようにこの電池製造装置では、積層体が大気中の水分によって劣化しないように、積層体を、露点が―45度以下の不活性雰囲気中で、外気に晒すことなく搬送するようにしている。しかしながら、この電池製造装置は、積層体を、どのようにして、外気に晒すことなく搬送するかについて、全く示唆していない。 As described above, in this battery manufacturing apparatus, the laminated body is transported in an inert atmosphere having a dew point of −45 ° C. or less without being exposed to the outside air so that the laminated body is not deteriorated by moisture in the atmosphere. .. However, this battery manufacturing device does not suggest how to convey the laminated body without exposing it to the outside air.
本発明によれば、複数の処理工程を経てシート状電極の積層体である電池が製造され、これら各処理工程を実施する処理工程実施装置間において、シート状電極を保持するマガジンを用いてシート状電極を搬送する電池製造装置において、処理工程実施装置を大気から遮断するために処理工程実施装置が密閉壁により包囲されており、密閉壁内に、大気圧よりも高圧の乾燥空気が供給されており、密閉壁内のマガジンを、マガジン搬送用密閉容器内に移動すると共にマガジン搬送用密閉容器内を、密閉壁内の大気圧よりも高圧の乾燥空気で満たし、マガジン搬送用密閉容器が、大気圧よりも高圧の乾燥空気により満たされた状態で、処理工程実施装置間を搬送される電池製造装置が提供される。 According to the present invention, a battery, which is a laminated body of sheet-like electrodes, is manufactured through a plurality of treatment steps, and sheets are formed using a magazine that holds the sheet-like electrodes between the treatment step execution devices that perform these respective treatment steps. In the battery manufacturing apparatus that conveys the striped electrode, the processing step performing device is surrounded by a sealing wall in order to shield the processing step performing device from the atmosphere, and dry air having a pressure higher than atmospheric pressure is supplied to the sealing wall. The magazine in the closed wall is moved into the closed container for magazine transfer and the inside of the closed container for magazine transfer is filled with dry air having a pressure higher than the atmospheric pressure in the closed wall. Provided is a battery manufacturing apparatus which is transported between processing step execution apparatuses while being filled with dry air having a pressure higher than atmospheric pressure.
シート状電極が搬送中に大気に露呈されるのを阻止することができる。 It is possible to prevent the sheet electrode from being exposed to the atmosphere during transportation.
本発明では、シート状電極が作成され、このシート状電極の積層体から、例えば、車両に搭載される電池が形成される。そこで、まず初めに、このシート状電極について説明する。図3Aおよび図3Bは夫々、このシート状電極を用いて製造される電池の構成要素、即ち、単位電池の平面図と、図3AのX−X線に沿って見た単位電池の断面図とを図解的に示している。なお、単位電池の厚みは1mm以下であり、従って、図3Bでは、各層の厚みがかなり誇張して示されている。 In the present invention, a sheet-shaped electrode is formed, and a battery mounted on a vehicle is formed from the laminated body of the sheet-shaped electrodes. Therefore, first, the sheet electrode will be described. 3A and 3B are a plan view of a constituent element of a battery manufactured by using the sheet electrode, that is, a unit cell, and a cross-sectional view of the unit cell taken along line XX of FIG. 3A. Is shown schematically. It should be noted that the unit cell has a thickness of 1 mm or less, and thus the thickness of each layer is shown in a greatly exaggerated manner in FIG. 3B.
図3Bを参照すると、2は正極集電体層、3は正極活物質層、4は固体電解質層、5は負極活物質層、6は負極集電体層を夫々示す。正極集電体層2は導電性材料から形成されており、本発明による実施例では、この正極集電体層2は集電用金属箔、例えば、アルミニウム箔から形成されている。また、正極活物質層3は、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カルシウムイオン等の金属イオンを、放電の際に吸蔵させ、充電の際に放出させることのできる正極活物質から形成されている。また、固体電解質層4は、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カルシウムイオン等の金属イオンに対して伝導性を有し、全固体電池の材料として利用可能な材料から形成されている。
Referring to FIG. 3B, 2 is a positive electrode current collector layer, 3 is a positive electrode active material layer, 4 is a solid electrolyte layer, 5 is a negative electrode active material layer, and 6 is a negative electrode current collector layer. The positive electrode
一方、負極活物質層5は、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カルシウムイオン等の金属イオンを、放電の際に放出させ、充電の際に吸蔵させることのできる負極活物質から形成されている。また、負極集電体層6は導電性材料から形成されており、本発明による実施例では、この負極集電体層2は集電用金属箔、例えば、銅箔から形成されている。また、上述の説明からわかるように、本発明による実施例において製造される電池は全固体電池であり、この場合、この電池は、全固体リチウムイオン二次電池であることが好ましい。
On the other hand, the negative electrode
さて、本発明による実施例において用いられるシート状電極は、図3Aと同様な矩形状の平面形状を有しており、図3C又は図3Dに示される断面構造を有している。なお、これら図3Cおよび図3Dは、図3AのX−X線と同様な位置における断面図を示している。なお、これら図3Cおよび図3Dにおいても、図3Bと同様に、2は正極集電体層、3は正極活物質層、4は固体電解質層、5は負極活物質層、6は負極集電体層を示している。図3Cに示されるシート状電極は、中心部に負極集電体層6が位置しており、この負極集電体層6から上方向に向けて、負極活物質層5、固体電解質層4、正極活物質層3、正極集電体層2が順次形成されており、負極集電体層6から下方向に向けて、負極活物質層5、固体電解質層4、正極活物質層3が順次形成されている。この場合、本発明による実施例では、負極集電体層6は銅箔から形成されており、正極集電体層2はアルミニウム箔から形成されている。
Now, the sheet-like electrode used in the example according to the present invention has a rectangular planar shape similar to that of FIG. 3A, and has the sectional structure shown in FIG. 3C or 3D. 3C and 3D show cross-sectional views at the same position as the line XX in FIG. 3A. 3C and 3D, similarly to FIG. 3B, 2 is a positive electrode current collector layer, 3 is a positive electrode active material layer, 4 is a solid electrolyte layer, 5 is a negative electrode active material layer, and 6 is a negative electrode current collector. The body layer is shown. In the sheet-shaped electrode shown in FIG. 3C, the negative electrode
一方、図3Dに示されるシート状電極は、中心部に負極集電体層6が位置しており、この負極集電体層6から上下方向に向けて夫々、負極活物質層5、固体電解質層4、正極活物質層3が順次形成されている。即ち、図3Dに示されるシート状電極は正極集電体層2を有していない。図3Dに示される場合でも、負極集電体層6は銅箔から形成されている。本発明による実施例では、図3Dに示される断面形状のシート状電極が形成され、製造工程の途中で図3Dに示される断面形状のシート状電極上にアルミニウム箔(正極集電体)2が貼付され、その結果、図3Cに示される断面形状のシート状電極、即ち、アルミニウム箔2の貼付されたシート状電極が形成される。なお、以下に説明する実施例では、シート状電極1として、図3Dに示される構造を有するシート状電極1を用いた場合が示されている。
On the other hand, in the sheet-shaped electrode shown in FIG. 3D, the negative electrode
次に、本発明による実施例について説明すると、本発明による実施例において扱われているシート状電極1は全固体電池を製造するためのものであり、このシート状電極1は大気に晒されると劣化する。従って、シート状電極1を扱う際には、シート状電極1が大気に晒されないようにする必要がある。ところで、本発明による実施例では、複数回の処理工程を経てシート状電極1の積層体である電池が製造され、図1には、これら複数回の処理工程のうちで、シート状電極1を製造する処理工程を実施するための装置Aと、装置Aにおいて製造されたシート状電極1の積層体を製造する処理工程を実施するための装置Bとが図解的に示されている。以下、これらの装置A、Bを処理工程実施装置と称する。
Next, an example according to the present invention will be described. The sheet-
さて、本発明による実施例では、シート状電極1を保持するマガジンを、マガジン搬送用密閉容器に入れて、処理工程実施装置Aから処理工程実施装置Bに搬送するようにしている。図2には、これらマガジン10およびマガジン搬送用密閉容器20が図解的に示されている。図2に示されるにように、マガジン10は、底板11と、底板11から上方に延びる複数個のガイド部材からなり、底板11上には作成されたシート状電極1が積み重ねられている。一方、マガジン搬送用密閉容器20は、底板21と、底板21上に密封的に固定はれている密閉容器本体22からなる。
Now, in the embodiment according to the present invention, the magazine holding the sheet-shaped
図1に示されるように、処理工程実施装置Aは、処理工程実施装置Aを大気から遮断するために処理工程実施装置Aの全体が密閉壁50により包囲されており、この密閉壁50の上壁には、マガジン10の搬入搬出口51が形成されている。この処理工程実施装置A内には、このマガジン搬入搬出口51を閉鎖可能な閉塞板52を上下動するためのピストン装置53が設けられている。同様に、処理工程実施装置Bは、処理工程実施装置Bを大気から遮断するために処理工程実施装置Bの全体が密閉壁60により包囲されており、この密閉壁60の上壁には、マガジン10の搬入搬出口61が形成されている。この処理工程実施装置B内には、このマガジン搬入搬出口61を閉鎖可能な閉塞板62を上下動するためのピストン装置63が設けられている。
As shown in FIG. 1, in the processing step execution device A, the entire processing step execution device A is surrounded by a sealing
図1に示されるように、これら処理工程実施装置Aの密閉壁50内および処理工程実施装置Bの密閉壁60内には、大気圧よりも高圧の乾燥空気を製造する乾燥空気製造装置Cから、露点がー70度であって大気圧よりも高圧の乾燥空気が供給される。従って、これら処理工程実施装置Aの密閉壁50内および処理工程実施装置Bの密閉壁60内は、大気圧よりも高圧の乾燥空気によって満たされている。
As shown in FIG. 1, the inside of the sealing
次に、図1を参照しつつ、処理工程実施装置Aから処理工程実施装置Bへのマガジン10の搬送方法について説明する。処理工程実施装置A内では、図3Dに示されるシート状電極1が作成され、作成されたシート状電極1が、X1で示される空のマガジン10内に、X2で示されるように、積み重ねられる。一方、このとき、ピストン装置53の閉塞板52は下降位置にあり、空のマガジン搬送用密閉容器20がマガジン搬入搬出口51を密封的に閉鎖するように密閉壁50上に固締されている。このとき、マガジン搬送用密閉容器20の内部は、マガジン10の挿入口23を介して密閉壁50内に連通しており、従って、マガジン搬送用密閉容器20の内部は、密閉壁50内の大気圧よりも高圧の乾燥空気によって満たされている。
Next, a method of transporting the
一方、シート状電極1を保持したマガジン10は、X3で示されるように、ピストン装置53の閉塞板52上に移動せしめられる。次いで、閉塞板52がピストン装置53により上昇せしめられると、マガジン10の底板11がマガジン搬送用密閉容器20のマガジン挿入口23に密封的に固締され、ピストン装置53の閉塞板52がマガジン搬入搬出口51を密封的に閉鎖する。マガジン搬入搬出口51が閉塞板52によって密封的に閉鎖されると、次いで、図1の矢印で示されるように、マガジン搬送用密閉容器20が大気圧よりも高圧の乾燥空気により満たされている状態で、処理工程実施装置Bの密閉壁60上に移動せしめられる。
On the other hand, the
このとき、処理工程実施装置Bのマガジン10の搬入搬出口61は、ピストン装置63の閉塞板62によって密封的に閉鎖されている。マガジン搬送用密閉容器20が処理工程実施装置Bのマガジン10の搬入搬出口61上に載置されると、閉塞板62がピストン装置63によって、マガジン10を載置した状態で下降し、図1においてY1で示される場所に移動せしめられる。このとき、マガジン搬送用密閉容器20の内部は、密閉壁60内の大気圧よりも高圧の乾燥空気によって再び満たされる。次いで、処理工程実施装置B内では、マガジン10からシート状電極1が一枚ずつ取り出されて、シート状電極1上にアルミニウム箔2が貼付され、次いで、図3Cで示されるシート状電極1の積層体が生成される。
At this time, the loading / unloading
Y2で示されるようにマガジン10が空になると、空のマガジン10は、破線の矢印で示されるように、同様な方法で、マガジン搬送用密閉容器20により処理工程実施装置Aに搬送され、X1に示されるように処理工程実施装置Aの密閉壁50内に戻される。このときも、マガジン搬送用密閉容器20の内部は、密閉壁60内の大気圧よりも高圧の乾燥空気によって満たされている。
When the
次に、処理工程実施装置Aの密閉壁50のマガジン搬入搬出口51に取り付けられたマガジン搬送用密閉容器20内に、マガジン10が取り付けられたところを示す図4を参照しつつ、マガジン10およびマガジン搬送用密閉容器20の構造について詳細に説明する。図1を参照しつつ説明したように、シート状電極1を保持したマガジン10は、X3で示されるように、ピストン装置53の閉塞板52上に移動せしめられ、次いで、閉塞板52がピストン装置53により上昇せしめられると、マガジン10の底板11がマガジン搬送用密閉容器20のマガジン挿入口23に内に密封的に固締され、ピストン装置53の閉塞板52がマガジン搬入搬出口51を密封的に閉鎖する。図4はこのときを示している。
Next, referring to FIG. 4 showing a state where the
図4を参照すると、マガジン搬送用密閉容器20の底板21の周辺部底壁面上には図5(A)から(C)に示されるような複数個の凹溝23が形成されており、これら凹溝23にロックレバー24が配置されている。ロックレバー24の一端はヒンジピン25により凹溝23の内壁面に枢着されており、ロックレバー24の他端にはマガジン10の底板11の周辺部底壁面と係合可能なベアリング26が取り付けられている。このベアリング26にはフックレバー71のU字型先端部が係合している。一方、密閉壁50の上壁面上には、矩形リング状の基台70が固定されており、各フックレバー71は基台70内において摺動可能に支持されている。
Referring to FIG. 4, a plurality of recessed
次にこのフックレバー71の作動制御装置について、簡単に説明する。図6および図7を参照すると、フックレバー71の外端部は、ガイドロッド72により横方向に移動可能に支持されたフックレバー制御アーム73の両端部に連結される。このフックレバー制御アーム73の下端部は、基台70の周辺部に沿ってコ字型に延びる制御板74に形成されたカム溝75と係合している。一方、コ字型制御板74に形成されたカム溝76には、基台70により支持された制御モータ77の回転軸に取り付けられたロッドが係合している。制御モータ77が回転すると、コ字型制御板74は基台70の長手方向に移動する。このとき、カム溝75と係合しているフックレバー制御アーム73が横方向に移動し、その結果、全てのフックレバー71が同時に基台70内で摺動移動せしめられる。
Next, the operation control device for the
再び、図4および図5に戻ると、ピストン装置53の閉塞板52上に載置されたマガジン10を、基台70に形成されたマガジン10の搬入搬出口51からマガジン搬送用密閉容器20内に挿入するときには、フックレバー71が図5(A)に示される位置よりももっと左側の最大後退位置まで後退された状態で、ピストン装置53により閉塞板52がマガジン搬入搬出口51内に密封的に押圧される。次いで、制御モータ77によりフックレバー71が図5(A)に示される位置から図5(c)に示される位置まで移動せしめられる。
フックレバー71が図5(C)に示される位置まで移動せしめられると、マガジン搬送用密閉容器20の底板21と、マガジン10の底板11に配置されているOリング27によってマガジン搬送用密閉容器20の内部は外気から完全に遮断され、更にロックレバー24は図5(C)に示されるロック状態に保持される。
4 and 5, the
When the
このようにマガジン搬送用密閉容器20の内部が外気から完全に遮断され、ロックレバー24がロック状態に保持されると、マガジン搬送用密閉容器20が基台70から取り外し可能となる。このときマガジン搬送用密閉容器20が基台70から取り外されると、マガジン搬送用密閉容器20の内部は前述したように、大気圧よりも高圧の乾燥空気でもって満たされている。一方、マガジン搬送用密閉容器20が基台70から取り外された後は、フックレバー71が図5(C)に示される位置に保持される。従って、一旦取り外されたマガジン搬送用密閉容器20が再び基台70に取り付けられたときには、ロックレバー24のベアリング26がフックレバー71のU字型先端部内に侵入せしめられる。このときには、フックレバー71が図5(C)に示される位置から最大後退位置まで後退され、その後、マガジン10はピストン装置53の閉塞板52に載置された状態で密閉壁50の内部まで下降せしめられる。なお、図6および図7に示されるように、マガジン搬送用密閉容器20を基台70に容易に取り付けられるように、基台70上には多数のガイドローラ78が設けられている。
As described above, when the inside of the magazine transporting
さて、マガジン10の底板11をマガジン搬送用密閉容器20の底板21にロックレバー24を用いて固締するためには、マガジン10の底板11を、ピストン装置53の閉塞板52上の設定された位置に正確に載置する必要がある。そのために、図6および図7に示されるように、ピストン装置53の閉塞板52上には、位置決め用の一対のガイドピン54,55が設けられており、これらガイドピン54,55を受容するための一対の受容部13,14が、図8に示されるように、マガジン10の底板11の底壁面上に設けられている。図8および図9に示されるように、一方の受容部13は、対応するガイドピン54上を転動しかつ互いに90度の角度間隔を隔てて配置された4個のベアリング15からなり、他方の受容部14は、対応するガイドピン54上を転動しかつこれら受容部13,14を通る直線に対して直角方向に配置された一対のベアリング16からなる。このようにベアリング15、16を用いることによって、ガイドピン54,55が受容部13,14内に挿入される際に切り屑が発生するのを回避することができる。
Now, in order to fasten the
なお、マガジン搬送用密閉容器20の搬送中はマガジン10の底板11が外気に露呈され、従って、マガジン10の底板11上には大気中の水分が付着する。従って、マガジン10の底板11をピストン装置53の閉塞板52上に載置して密閉壁50の内部まで下降したときに、この水分が密閉壁50内に散逸する危険性がある。従って、本発明による実施例では、この水分が密閉壁50内に散逸しないように、図6および図7に示されるように、ピストン装置53の閉塞板52上には、吸引孔56と、この吸引孔56に連通する吸引溝57が形成されており、吸引装置(図示せず)によって吸引孔56から水分を吸引するようにしている。
Note that the
1 シート状電極
10 マガジン
20 マガジン搬送用密閉容器
50、60 密閉壁
A,B 処理工程実施装置
1
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