JP2023009916A - 全固体電池用シート状電極の積層装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シート状部材を損傷することなく積層する。
【解決手段】全固体電池用シート状電極（１）が載置される搬送プレート（２０）と、搬送プレート（２０）を支持しかつ走行経路に沿って移動せしめられる基台（１９）と、シート状電極（１）を積層保持する積層冶具（４０）とを具備している。積層冶具（４０）内に積層されている積層済みのシート状電極（１）の上方に、積層冶具（４０）の移動経路に沿って積層冶具（４０）内へのシート状電極（１）の積層作業の開始位置まで延びると共に積層済みのシート状電極（１）が浮き上がったときに積層済みのシート状電極（１）と接触可能なシート状電極浮き上り防止板（９０，９１、９２）が配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、全固体電池用シート状電極の積層装置に関する。

全固体電池用シート状電極が載置される搬送プレートと、搬送プレートを支持しかつ走行経路に沿って移動せしめられる基台と、シート状電極を積層保持する積層冶具とを具備しており、搬送プレート上に載置されたシート状電極を積層冶具内に積層するときには、積層冶具が搬送プレートの下方において搬送プレートと整列して移動せしめられ、積層冶具と搬送プレートとが整列移動せしめられている間に、搬送プレート上に載置されたシート状電極を積層冶具内に受け渡すシート状電極の積層作業が行われる全固体電池用シート状電極の積層装置が公知である（例えば特許文献１を参照）。この場合、搬送プレート上に載置されたシート状電極を積層冶具内に受け渡すには、搬送プレートを積層冶具に接近させる必要があり、従って、この積層装置では、積層冶具内へのシート状電極の受け渡しを行うときには、搬送プレートが、積層冶具から小さな間隔を隔てた状態で、積層冶具と整列する位置まで移動せしめられる。

特開２０２０－０２４８１６号公報

ところが、全固体電池用シート状電極は、活物質、固体電解質等の構成粒子間を強固に接触させる必要があるため、液状電解質を用いた電極に比べ非常に大きな荷重でプレスすることにより製造される。その結果、全固体電池用シート状電極は、硬く、反りやうねりを生じやすいという特有の性質を有している。従って、反りやうねりを生じているシート状電極が積層冶具内に積層される場合があり、この場合には、積層冶具内に積層されている積層済みのシート状電極が積層冶具内から大きく浮き上がってしまう。このような場合、積層冶具内へのシート状電極の受け渡しを行うべく、搬送プレートが、積層冶具から小さな間隔を隔てた状態で、積層冶具と整列する位置まで移動せしめられると、浮き上がった積層済みのシート状電極が、搬送プレート、或いは、搬送プレート上に載置されたシート状電極と衝突し、それによりシート状電極が損傷する恐れがある。

そこで本発明では、全固体電池用シート状電極が載置される搬送プレートと、搬送プレートを支持しかつ走行経路に沿って移動せしめられる基台と、シート状電極を積層保持する積層冶具とを具備しており、搬送プレート上に載置されたシート状電極を積層冶具内に積層するときには、積層冶具が搬送プレートの下方において搬送プレートと整列して移動せしめられ、積層冶具と搬送プレートとが整列移動せしめられている間に、搬送プレート上に載置されたシート状電極を積層冶具内に受け渡すシート状電極の積層作業が行われる全固体電池用シート状電極の積層装置において、積層冶具内に積層されている積層済みのシート状電極の上方に、積層冶具の移動経路に沿って積層冶具内へのシート状電極の積層作業の開始位置まで延びると共に積層済みのシート状電極が浮き上がったときに積層済みのシート状電極と接触可能なシート状電極浮き上り防止板を配置した全固体電池用シート状電極の積層装置が提供される。

このようなシート状電極浮き上り防止板を配置することにより、積層済みのシート状電極と搬送プレートとの衝突、および、積層済みのシート状電極と搬送プレートに載置されたシート状電極との衝突が回避され、それにより、シート状電極が損傷する恐れがなくなる。

図１は、プレート搬送装置および冶具搬送装置の全体図である。 図２は、図１のＺ－Ｚ断面に沿ってみたプレート搬送装置および冶具搬送装置の断面図である。 図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄは、単位電池およびシート状電極を説明するための図である。 図４は、搬送プレートの斜視図である。 図５Ａおよび図５Ｂは、搬送プレートのクランプ機構の作動を説明するための図である。 図６は、シート状電極の積層工程を示す図である。 図７は、積層冶具を図解的に表した斜視図である。 図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃは、積層冶具のクランプ機構の作動を説明するための図である。 図９は、シート状電極の積層作業を説明するための図である。 図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１０Ｃは、搬送プレートのリフト機構を説明するための図である。 図１１は、本発明による積層装置の一実施例を説明するための図である。 図１２は、従来の積層装置の問題点を説明するための図である。

例えば、車両に搭載される電池を製造するときには、最初に大量のシート状電極が作成され、次いで、シート状電極を積層することにより電極積層体が形成され、形成された複数個の電極積層体を直列或いは並列に電気的に接続することによって電池が製造される。本発明は、このようにシート状電極を積層することにより電極積層体を形成する際に適用し得るシート状電極の積層装置に関する。最初に、本発明による実施例において用いられている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。

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。

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。

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と同様なほぼ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。

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予め形成されており、後述するように積層工程の途中で図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）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。

本発明による実施例では、このアルミニウム箔２の貼付されたシート状電極を、シート状電極１と称している。なお、本発明による実施例の説明において、特に混乱しないと考えられる場合には、アルミニウム箔２の貼付されていない図３Ｄに示される断面形状のシート状電極もシート状電極１と称する。これに対し、アルミニウム箔２の貼付されたシート状電極１とアルミニウム箔２の貼付されていないシート状電極１とを区別して表現した方が好ましい場合には、アルミニウム箔２の貼付されたシート状電極を正極付きシート状電極１と称し、アルミニウム箔２の貼付されていないシート状電極を、正極なしシート状電極１と称する。

なお、図３Ｃおよび図３Ｄに示されるシート状電極１は一例を示すものであって、種々の構造のシート状電極１の使用が考えられる。例えば、銅箔６の一方の側面上に、負極活物質層５、固体電解質層４、正極活物質層３および正極集電体層２を形成するか、又は負極活物質層５、固体電解質層４および正極活物質層３を形成するか、又は負極活物質層５および固体電解質層４を形成するか、又は負極活物質層５のみを形成し、銅箔６の他方の側面上に、負極活物質層５および固体電解質層４を形成するか、又は負極活物質層５のみを形成するか、又は何も形成しない構造とすることができる。また、銅箔６に代えて、正極集電体層２を形成するアルミニウム箔を用い、このアルミニウム箔２の一方の側面上に、正極活物質層３、固体電解質層４、負極活物質層５および負極集電体層６形成するか、又は正極活物質層３、固体電解質層４および負極活物質層５を形成するか、又は正極活物質層３および固体電解質層４を形成するか、又は正極活物質層３のみを形成し、他方の側面上に、正極活物質層３、固体電解質層４および負極活物質層５を形成するか、又は正極活物質層３および固体電解質層４を形成するか、又は正極活物質層３のみを形成するか、又は何も形成しない構造とすることができる。

従って、包括的に表現すると、本発明において、シート状電極１は、集電用金属箔２又は６と、集電用金属箔２又は６上に形成された正極活物質層３および負極活物質層５の少なくとも一方とを含んでいることになる。なお、以下、シート状電極１が、図３Ｃおよび図３Ｄのいずれかに示される構造を有する場合を例にとって、本発明による実施例について説明する。なお、これから説明する図１および図３から図９では、シート状電極が平坦なシート状に描かれているが、後述するように、実際には、シート状電極は反りやうねりを生じているので、完全に平坦な形状を有しているわけではない。

図１を参照すると、図１には、プレート搬送装置Ａ、冶具搬送装置Ｂおよび運転制御装置Ｃからなる積層装置が示されている。図１に示される積層装置の例では、図１において矢印で示される搭載位置において、図３Ｄに示される断面形状の正極なしシート状電極１がプレート搬送装置Ａに供給され、このシート状電極１は、シート状電極１を含む積層体を形成するためにプレート搬送装置Ａにより矢印で示される搬送方向に搬送される。

まず初めに、図１および図１のＺ－Ｚ線に沿ってみたプレート搬送装置Ａおよび冶具搬送装置Ｂの縦断面図を参照しつつ、プレート搬送装置Ａについて説明する。図１および図２を参照すると、プレート搬送装置Ａは並列配置されかつ互いに連結された長円形のレール保持部１０と長円形の固定子保持部１１とを具備する。長円形のレール保持部１０は、垂直面内において上下方向に間隔を隔てた水平直線部分１２ａおよび一対の半円形部分１２ｂからなる長円形のレール１２と、このレール１２上を走行可能な複数個の可動子１３を具備している。図２に示されるように、この可動子１３は、可動子１３に回転可能に取り付けられてレール１２上を転動するガイドローラ１４と、可動子１３に回転可能に取り付けられてレール１２上を転動する一対のガイドローラ１５（進行方向に対し前と後ろに配置されている）とを備えている。

一方、固定子保持部１１の外周部にはコイルの巻設された固定子１６が配置されており、可動子１３には、固定子１６を挟むように配置された一対の永久磁石１７，１８が取り付けられている。この場合、固定子１６と永久磁石１７，１８によって、即ち、固定子１６と可動子１３によってリニアモータが形成されており、従って、プレート搬送装置Ａでは、リニアモータの可動子１３がレール１２上を走行せしめられていることになる。この可動子１３の走行速度等は、運転制御装置Ｃによって制御される。

図２に示されるように、可動子１３上には基台１９が取付けられており、この基台１９により、矩形状をなす搬送プレート２０が支持されている。この搬送プレート２０上には、図１に示される搭載位置においてシート状電極１が載置される。図４は、基台１９により支持されている搬送プレート２０の斜視図を示している。図４を参照すると、本発明による実施例では、搬送プレート２０には、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１を搬送プレート２０上に押え付けて、搬送中、シート状電極１を搬送プレートト２０の載置位置に保持する複数のクランプ２１、２２が取り付けられている。

図５Ａおよび図５Ｂは、図４において最も手前に位置しているクランプ２１の作動を示している。このクランプ２１は、搬送プレート２０に取り付けられた支持ピン２３により回動可能に支持されており、このクランプ２１が回動せしめられると他の３個のクランプ２１も一体的に回動せしめられる。図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、クランプ２１は引張りばね２４によって常時時計回りに付勢されており、従って、通常、搬送プレート２０上のシート状電極１は、図５Ａに示されるようにクランプ２１により搬送プレート２０上に押え付けられている。一方、クランプ２１の端部にはローラ２５が取り付けられており、可動子１３の走行経路には、ローラ２５と係合可能な固定カム（図示せず）が設けられている。ローラ２５が固定カムと係合すると、図５Ｂに示されるように、ローラ２５が上昇し、シート状電極１が、クランプ２１から解放される。なお、クランプ２２もクランプ２１と同様な構造を有しており、従って、クランプ２２についての説明は省略する。

次に、図６を参照しつつ、シート状電極の積層工程について説明する。図６は、このシート状電極の積層工程を図解的に示しており、この図６には、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１と、搬送プレート２０に取り付けられたクランプ２１，２２が図解的に示されている。ただし、図６では、搬送プレート２０は省略されている。なお、この図６には、シート状電極１がプレート搬送装置Ａにより搬送されているときに行われる種々の処理が示されている。

本発明による実施例では、細長い銅箔の両側面上に、銅箔の長手方向に間隔をおいて、負極活物質層、固体電解質層および正極活物質層が順次、重なるように塗布され、次いで、この銅箔を、所定の長さ毎に切断することによって、図３Ｄに示される断面形状の正極なしシート状電極１が作成される。この正極なしシート状電極１は保管台に積み重ねられて保管される。図６のＱは、この保管台に積み重ねられている正極なしシート状電極１を示している。この保管台に積み重ねられているシート状電極１は、図示しない移送装置により、図１の矢印で示される搭載位置において、図６において矢印で示すように、一枚ずつ順次、プレート搬送装置Ａの上方の水平直線レール部分１２ａにおいて搬送プレート２０上に載置される。

上方の水平直線レール部分１２ａにおいて搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１は、プレート搬送装置Ａの水平直線部分１２ａに沿って移動する間、まず初めに、接続用電極タブを形成するための銅箔６の端部のタブ裁断処理が行われる。このとき形成される接続用電極タブが図３Ａおよび図４においてｔｂで示されている。次いで、アルミニウム（正極）箔との短絡を阻止するために銅箔６の一部に絶縁材を塗布するための端部絶縁処理が行われる。次いで、正極なしシート状電極１に接続用電極タブｔｂが正確に形成されたか否か、および絶縁材が正確に塗布されたか否かを検査する電極検査が行われる。次いで、アルミニウム（正極）箔２をシート状電極１上に接着剤を用いて貼付する正極箔貼付処理が行われる。この正極箔貼付処理が行われと、シート状電極１は図３Ｃに示される断面形状の正極付きシート状電極となる。次いで、アルミニウム（正極）箔２がシート状電極１上に適切に貼付されているか否かを検査する箔貼付検査が行われる。次いで、正極付きシート状電極１を積層したときに、積層したシート状電極１間でズレを生じないようにアルミニウム（正極）箔２上に接着剤を塗布するズレ止め塗布処理が行われる。

次いで、搬送プレート２０が、プレート搬送装置Ａの半円形レール部分１２ｂに到達し、半円形レール部分１２ｂに沿って進行し始めると、図６に示される如く、搬送プレート２０の上下が反転し始め、搬送プレート２０が、プレート搬送装置Ａの半円形レール部分１２ｂの下端部に到達すると、搬送プレート２０の上下が完全に反転する。本発明による実施例では、このように搬送プレート２０の上下が反転した状態で、搬送プレート２０上に載置された正極付きシート状電極１を積層冶具４０に積層する正極付きシート状電極１の積層作用が行われる。正極付きシート状電極１の積層作用が行われると、正極付きシート状電極１は搬送プレート２０上から取り除かれ、搬送プレート２０上は空の状態となる。この空の状態となった搬送プレート２０は、順次、図１に示される搭載位置に移動せしめられる。

このように、本発明による実施例では、搬送プレート２０の上下が反転した状態で、搬送プレート２０上に載置された正極付きシート状電極１を積層冶具４０に積層する正極付シート状電極１の積層作用が行われる。このとき図６に示されるように、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１に積層冶具４０の上面が対面するように積層冶具４０が搬送される。この場合、本発明による実施例では、搬送プレート２０を進行方向に移動させつつ積層作用を行うので、積層作用が行われている間、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１に積層冶具４０の上面が対面し続けるように積層冶具４０が搬送される。この場合、この積層冶具４０は冶具搬送装置Ｂによって搬送される。そこで、次に、この冶具搬送装置Ｂの概要について先に説明し、その後、積層冶具４０の構造について説明する。

図１および図２を参照すると、この冶具搬送装置Ｂは、水平配置されていることを除いて、プレート搬送装置Ａと同様な構造を有している。即ち、冶具搬送装置Ｂは、上下方向に間隔を隔てて配置されかつ互いに連結された長円形のレール保持部３０と長円形の固定子保持部３１とを具備する。長円形のレール保持部３０は、水平方向に間隔を隔てた直線部分３２ａおよび一対の半円形部分３２ｂからなる長円形のレール３２と、このレール３２上を走行可能な複数個の可動子３３を具備している。図２に示されるように、この可動子３３には、プレート搬送装置Ａの可動子１３と同様にレール３２上を転動するガイドローラ３４と、レール３２上を転動する一対のガイドローラ３５（進行方向に対し前と後ろに配置されている）とが設けられている。

また、固定子保持部３１の外周部にはコイルの巻設された固定子３６が配置されており、可動子３３には、固定子３６を挟むように配置された一対の永久磁石３７，３８が取られている。この場合、固定子３６と永久磁石３７，３８によって、即ち、固定子３６と可動子３３によってリニアモータが形成されており、従って、冶具搬送装置Ｂでも、リニアモータの可動子３３がレール３２上を走行せしめられていることになる。図２に示されるように、可動子３３上には搬送台３９が固定されており、この搬送台３９上に積層冶具４０が搭載される。

冶具搬送装置Ｂには複数個の可動子３３が配置されており、各可動子３３上には、図１に示されるように、夫々、積層冶具４０が載置されている。これらの積層冶具４０は、図１において矢印Ｆで示される方向に移動せしめられ、積層冶具４０が移動せしめられて間に、各積層冶具４０へのシート状電極１の積層作用が順次行われる。本発明による実施例では、積層作用が行われている間、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１に積層冶具４０の上面が対面し続けることができるように、即ち、積層作用が行われている間、搬送台３９に搭載された積層冶具４０がプレート搬送装置Ａの真下を移動し続けることができるように、冶具搬送装置Ｂが配置されている。更に、本発明による実施例では、積層作用が行われている間、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１に積層冶具４０の上面が対面し続けるように、搬送プレート２０と搬送台３２とが同期して移動せしめられる。

次に、図７を参照しつつ、積層冶具４０について説明する。この図７は、図解的に表した積層冶具４０の斜視図を示している。図７を参照すると、積層冶具４０は、基台４１と、基台４１上に取り付けられたパンダグラフ式昇降機構４２と、パンダグラフ式昇降機構４２により支持されている底板４３と、底板４３の一側に設けられて３つのクランプ４４を有するクランプロッド４５と、底板４３の他側に設けられて３つのクランプ４６を有するクランプロッド４７とを具備する。底板４３は、ばね付勢されたパンダグラフ式昇降機構４２によって、常時上方に付勢されている。

一方、クランプロッド４５とクランプロッド４７は、底板４３の長手軸線に関して対称的な形状を有しており、これらクランプロッド４５およびクランプロッド４７を作動させるためのクランプ機構も、底板４３の長手軸線に関して対称的な構造を有している。従って、以下、図７および図８Ａから図８Ｃを参照しつつ、クランプロッド４５を作動させるためのクランプ機構の構造のみについて説明し、クランプロッド４７を作動させるためのクランプ機構の構造についての説明は省略する。なお、図８Ａから図８Ｃは、クランプロッド４５を作動させるためのクランプ機構の作動を図解的に示しており、これら図８Ａから図８Ｃには、底板４３の一部と、底板４３上に積層された複数枚のシート状電極１の一部が描かれている。

図８Ａを参照すると、積層冶具４０のクランプ機構は、クランプ４４のクランプロッド４５を傾けるためのチルト機構４８と、チルド機構４８を上下動させるためのスライド機構４９とを有する。スライド機構４９は、積層冶具４０内において上下方向に摺動可能に支持されているスライダ５０と、スライダ５０の下端部に回転可能に取り付けられたローラ５１と、スライダ５０を上方に向けて付勢する圧縮ばね５２と、積層冶具４０内において回動可能に支持されているカム軸５３と、カム軸５３に固定されてローラ５１と係合するカム５４と、カム軸５３の外端部に固定されたアーム５５と、アーム５５の先端部に回転可能に取り付けられたローラ５６とを具備する。図８Ａにおいてカム軸５３が時計回りに回動せしめられると、図８Ｂに示されるようにスライダ５０が圧縮ばね５２のばね力により上昇する。即ち、スライド機構４９では、カム軸５３を回動させることによりスライダ５０が上下動せしめられる。

一方、チルト機構４８は、クランプロッド４５を支持しかつ回動軸５７によりスライダ５０に回動可能に取り付けられたチルトヘッド５８と、チルトヘッド５８に回転可能に取り付けられたローラ５９と、スライダ５０に回動可能に支持されているカム軸６０と、カム軸６０に固定されてローラ５９と係合するカム６１と、カム軸６０の外端部に固定されたアーム６２と、アーム６２の先端部に回転可能に取り付けられたローラ６３とを具備する。なお、図８Ａ或いは図８Ｃに示されるように、クランプ４４が搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１の上方に位置しているときのチルトヘッド５８の位置を、以下、直立位置と称する。一方、図８Ａにおいてカム軸６０が時計回りに回動せしめられると、図８Ｂに示されるように、クランプ４４が搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１の上方領域から外れる方向に、チルトヘッド５８が傾けられる。

図８Ａは、チルトヘッド５８が直立位置にあり、底板４３上に積層されたシート状電極１が、クランプ４４により押え付けられているときを示している。このとき、底板４３上に積層されたシート状電極１は、パンダグラフ式昇降機構４２により上方に付勢されており、このとき、上昇しようとするシート状電極１が、クランプ４４により押え付けられている。一方、底板４３上に積層されたシート状電極１のクランプ４４による押え付け作用を解除するときには、カム軸５３およびカム軸６０が共に時計回りに回動され、このとき、図８Ｂに示されるように、チルトヘッド５８が上昇せしめられると共に、クランプ４４が底板４３上に積層されたシート状電極１の上方領域から外れる方向に、チルトヘッド５８が傾けられる。次いで、再び、底板４３上に積層されたシート状電極１をクランプ４４により押え付けるときには、図８Ｃに示されるように、チルトヘッド５８が直立位置に戻され、次いで、チルトヘッド５８が下降せしめられる。このようなカム軸５３およびカム軸６０の回動作業は、可動子３３がレール３２に沿って移動せしめられているときに、ローラ５６およびローラ６３が、図７に示される固定カム６４と係合することにより実行される。

次に、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１が積層冶具４０の上面に対面するように搬送プレート２０と積層冶具４０とを整列させながら行われる積層作業について図９を参照しつつ説明する。なお、図９には、搬送プレート２０のクランプ２１，２２によるシート状電極１のクランプ作用、および積層冶具４０のクランプ４４，４６によるシート状電極１のクランプ作用が図解的に示されている。なお、図９の説明に関しては、図９の（１）において、搬送プレート２０に載置されているシート状電極１を新たなシート状電極１と称し、積層冶具４０の底板４３上に既に存在するシート状電極１を積層済みシート状電極１と称する。

図９を参照すると、図９の（１）に示されるように、搬送プレート２０上に載置された新たなシート状電極１が積層冶具４０の上面に対面した状態で積層作業が開始される。積層作業が開始されると、最初に、図９の（２）に示されるように、積層冶具４０のクランプ４６により積層済みシート状電極１の一側周辺部が押え付けられている状態で、積層冶具４０のクランプ４４による積層済みシート状電極１の他側周辺部のクランプ作用が解除され、搬送プレート２０のクランプ２２により新たなシート状電極１の一側周辺部が押え付けられている状態で、搬送プレート２０のクランプ２１による新たなシート状電極１の他側周辺部のクランプ作用が解除される。このとき、図９の（２）に示されるように、新たなシート状電極１の他側周辺部が積層済みシート状電極１上に落下する。

新たなシート状電極１の他側周辺部が積層済みシート状電極１上に落下すると、図９の（３）に示されるように、積層冶具４０のクランプ４４により、積層済みシート状電極１上に落下した新たなシート状電極１の他側周辺部が押え付けられる。次いで、図９の（４）に示されるように、積層冶具４０のクランプ４４により、積層済みシート状電極１上に落下した新たなシート状電極１の他側周辺部が押え付けられた状態で、積層冶具４０のクランプ４６による積層済みシート状電極１の一側周辺部のクランプ作用が解除されると共に、搬送プレート２０のクランプ２２による新たなシート状電極１の一側周辺部のクランプ作用が解除され、それにより新たなシート状電極１の一側周辺部も積層済みシート状電極１上に落下する。新たなシート状電極１の一側周辺部も積層済みシート状電極１上に落下すると、図９の（５）に示されるように、積層冶具４０のクランプ４６により、積層済みシート状電極１上に落下した新たなシート状電極１の一側周辺部が押え付けられる。

これで、積層冶具４０への一枚のシート状電極１の受け渡し作業が完了する。なお、図９の（１）から（５）において、搬送プレート２０のクランプ２１，２２によるクランプ作用およびクランプの解除作用は、搬送プレート２０の移動中にクランプ２１，２２のローラ２５が固定カムと係合することにより行われ、積層冶具４０のクランプ４４，４６によるクランプ作用およびクランプの解除作用は、搬送台３９の移動中に積層冶具４０のローラ５６、６３が固定カム６４と係合することにより行われる。

さて、前述したように、全固体電池用シート状電極１は、活物質、固体電解質等の構成粒子間を強固に接触させる必要があるため、液状電解質を用いた電極に比べ非常に大きな荷重でプレスすることにより製造される。その結果、全固体電池用シート状電極１は、硬く、反りやうねりを生じやすいという特有の性質を有している。この場合、全固体電池用シート状電極１が、反りやうねりを生じると、積層作業時に問題を生ずる。次に、この積層作業時に生ずる問題について、搬送プレート２０とそのクランプ２１，２２および積層冶具４０とそのクランプ４４，４６を図解的に示す図１２を参照しつつ説明する。図１２には、反りやうねりを生じている新たなシート状電極１がクランプ２１，２２により搬送プレート２０上に保持されており、反りやうねりを生じている積層済みシート状電極１が積層冶具４０内に保持されている場合が図解的に示されている。

ところで、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１の積層冶具４０内への積層作業の開始時には、従来では、図１２の（１）、（２）、（３）に示されるように、搬送プレート２０が、積層冶具４０に対し、クランプ２１，２２およびクランプ４４，４６のクランプ作業に必要な最低限の間隔を隔てた状態を維持しながら、積層冶具４０と整列するまで移動せしめられる。ところがこのとき、新たなシート状電極１や積層済みシート状電極１が反りやうねりを生じていると、図１２の（１）、（２）、（３）からわかるように、搬送プレート２０が積層冶具４０と整列するまでに、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１が積層冶具４０と衝突し、或いは、積層冶具４０内に積層されているシート状電極１が搬送プレート２０と衝突し、或いは、搬送プレート１上に載置されたシート状電極１が積層冶具４０内に積層されているシート状電極１と衝突し、それによりシート状電極１が損傷する危険性が生ずる。

一方、積層冶具４０内に積層されたシート状電極１は、クランプ４４，４６により押え付けられる。このとき、シート状電極１の中央部がクランプ４４，４６により押え付けられるために、シート状電極１が反りやうねりを生じていると、積層済みシート状電極１の両端部に形成されている接続用電極タブｔｂが積層冶具４０から浮き上がってしまう。その結果、浮き上がった接続用電極タブｔｂが、搬送プレート２０、或いは、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１と衝突し、それによりシート状電極１が損傷する危険性が生ずる。

そこで、本発明による実施例では、一方では、可動子１３上に取付けられた基台１９上に、搬送プレート２０を基台１９から持ち上げるためのリフト機構を設けて、積層冶具４０内へのシート状電極１の積層作業時に、このリフト機構を用いて搬送プレート２０を持ち上げることにより、シート状電極１が損傷するのを阻止し、他方では、積層済みのシート状電極１が浮き上がったときに積層済みのシート状電極１と接触可能なシート状電極浮き上り防止板を配置して、このシート状電極浮き上り防止板によりシート状電極１が損傷するのを阻止するようにしている。

そこで、最初に、図１０Ａから図１０Ｃを参照しつつ、搬送プレート２０を基台１９から持ち上げるためのリフト機構について説明すると共に図１１を参照しつつ、このリフト機構を用いたシート状電極１の積層方法について説明し、その後、シート状電極浮き上り防止板について説明する。

図１０Ａは，可動子１３上に取付けられた基台１９および搬送プレート２０の側面断面図を示しており、図１０Ｂは，図１０ＡのＢ－Ｂ線に沿ってみた基台１９および搬送プレート２０の断面図を示している。なお、図１０Ａから図１０Ｃでは、搬送プレート２０に取付けられているクランプ２１，２２が省略されている。図１０Ａおよび図１０Ｂを参照すると、基台１９は、平坦な頂部１９ａと、平坦な頂部１９ａの両側に形成された一対の取付けフランジ部１９ｂを有しており、これら一対の取付けフランジ部１９ｂが可動子１３の頂部に固定される。

搬送プレート２０は矩形の輪郭形状を有しており、搬送プレート２０の裏面上には搬送プレート支持板７０が固定されている。一方、基台１９の平坦な頂部１９ａには、間隔を隔てて一対の中空円筒状のロッドガイド７１，７２が嵌着されており、これらロッドガイド７１，７２内には夫々、ガイドロッド７３，７４が摺動可能に挿入されている。これらガイドロッド７３，７４の下端部は搬送プレート支持板７０に固着されており、従って、搬送プレート２０は搬送プレート支持板７０と共に、ガイドロッド７３，７４により案内されつつ基台１９に対して上下動可能である。

一方、ガイドロッド７３，７４の間には，搬送プレート支持板７０および基台１９の平坦な頂部１９ａ内を貫通して延びるアンカーロッド７５が設けられている。このアンカーロッド７５の下端部は搬送プレート支持板７０に掛け止めされ、アンカーロッド７５の上端部と、基台１９の平坦な頂部１９ａに嵌着されたばね支持用スリーブ７６との間には、圧縮ばね７７が挿入されている。搬送プレート支持板７０は、この圧縮ばね７７のばね力により、通常、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように、ロッドガイド７１，７２の下端面上に着座せしめられている。

一方、搬送プレート２０の裏面上には、一対のローラ支持アーム７８，７９が固定されており、各ローラ支持アーム７８，７９に夫々、ローラ８０，８１が回動可能に取り付けられている。ローラ８０，８１が押し下げられると、図１０Ｃに示されるように、搬送プレート２０は搬送プレート支持版７０と共に圧縮ばね７７のばね力に抗して下降せしめられる。即ち、搬送プレート２０は基台１９から持ち上げられることになる。この場合、ローラ支持アーム７８，７９、ローラ８０，８１、ガイドロッド７３，７４、アンカーロッド７５が、搬送プレート２０を基台１９から持ち上げるためのリフト機構８２を構成している。

次に、図１１を参照しつつ、積層冶具４０内へのシート状電極１の積層方法について説明する。図１１には、搬送プレート２０が積層冶具４０と位置Ｐ_１において整列した後、搬送プレート２０と積層冶具４０とが矢印Ｋ方向に移動しているときの一定時間毎の移動位置Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４ と、各位置Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４ における搬送プレート２０の下降量Ｍの変化が示されている。図１１からわかるように、搬送プレート２０が積層冶具４０と位置Ｐ_１において整列したときには、リフト機構８２による基台１９からの搬送プレート２０の持ち上げ作業は行われておらず、従って、このとき、搬送プレート２０と積層冶具４０との間隔は大きくなっている。

従って、このときには、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１が積層冶具４０と衝突することがなく、積層冶具４０内に積層されているシート状電極１が搬送プレート２０と衝突することがなく、搬送プレート１上に載置されたシート状電極１が積層冶具４０内に積層されているシート状電極１と衝突することもない。従って、シート状電極１が損傷する恐れがなくなる。次いで、位置Ｐ_１とＰ_２との間では、ローラ８０，８１が固定カム（図示せず）と係合することにより、リフト機構８２による基台１９からの搬送プレート２０の持ち上げ作業が行われ、搬送プレート２０と積層冶具４０との間隔が次第に狭められる。このとき、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１が、積層冶具４０内に積層されているシート状電極１上に徐々に押し付けられる。

次いで、位置Ｐ_２において、搬送プレート２０と積層冶具４０との間隔が最小になると、搬送プレート２０と積層冶具４０とが位置Ｐ_３に到達するまでの間で、図９の（１）から（５）に示される積層冶具４０内へのシート状電極１の積層作業が行われる。次いで、搬送プレート２０と積層冶具４０とが位置Ｐ_３に到達すると、リフト機構８２による基台１９からの搬送プレート２０の持ち上げ量が徐々に減少せしめられ、搬送プレート２０と積層冶具４０との間隔が再び大きくされる。次いで、搬送プレート２０は図１の搭載位置まで移動せしめられて搬送プレート１上に新たなシート状電極１が載置され、積層冶具４０は、次のシート状電極１の積層作業を行うために、位置Ｐ_１に向けて矢印Ｋ方向に移動せしめられる。

次に、図１、図２および図１１を参照しつつ、積層済みのシート状電極１が浮き上がったときに積層済みのシート状電極１と接触可能なシート状電極浮き上り防止板について説明する。図１、図２および図１１に示されるように、本発明による実施例では、積層冶具４０内に積層されているシート状電極１の両端部に形成された接続用電極タブｔｂの上方に、夫々、接続用電極タブｔｂが浮き上がったときに接続用電極タブｔｂと接触可能なシート状電極浮き上り防止板９０，９１が配置されており、更に、積層冶具４０内に積層されているシート状電極１の中央部上方に、シート状電極１の中央部が浮き上がったときにシート状電極１の中央部と接触可能なシート状電極浮き上り防止板９２が配置されている。

図１および図１１からわかるように、これらのシート状電極浮き上り防止板９０，９１、９２は、積層冶具４０の移動経路に沿って積層冶具４０内へのシート状電極１の積層作業の開始位置まで延びている。図１および図１１に示される例では、この積層冶具４０内へのシート状電極１の積層作業の開始位置は、搬送プレート２０と積層冶具４０との移動方向Ｋからみて、図１１における位置Ｐ_１よりも若干手前とされている。また、図１１からわかるように、シート状電極浮き上り防止板９０，９１、９２の高さは、積層冶具４０内へのシート状電極１の積層作業の開始位置に向けて、積層冶具４０との間隔が次第に小さくなるように次第に低下せしめられる。

このようなシート状電極浮き上り防止板９０，９１、９２が冶具搬送装置Ｂに設置されていると、積層冶具４０内に積層されているシート状電極１の接続用電極タブｔｂが浮き上がっているときには、積層冶具４０が積層冶具４０内へのシート状電極１の積層作業の開始位置に到達するまで、浮き上がっている接続用電極タブｔｂが、シート状電極浮き上り防止板９０，９１により、下方に押し下げられ、積層冶具４０内に積層されているシート状電極１の中央部が浮き上がっているときには、積層冶具４０が積層冶具４０内へのシート状電極１の積層作業の開始位置に到達するまで、浮き上がっているシート状電極１の中央部が、シート状電極浮き上り防止板９２により、下方に押し下げられる。その結果、
浮き上がった接続用電極タブｔｂおよびシート状電極１の中央部が、搬送プレート２０、或いは、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１と衝突するのが阻止される。

このようにシート状電極浮き上り防止板９０，９１、９２を冶具搬送装置Ｂに設置し、積層冶具４０内へのシート状電極１の積層作業時にリフト機構８２を用いて搬送プレート２０を持ち上げると、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１が積層冶具４０と衝突し、或いは、積層冶具４０内に積層されているシート状電極１が搬送プレート２０と衝突し、或いは、搬送プレート１上に載置されたシート状電極１が積層冶具４０内に積層されているシート状電極１と衝突するのを回避することができる。しかしながら、リフト機構８２を用いず、シート状電極浮き上り防止板９０，９１、９２のみを用いたときでも、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１が積層冶具４０と衝突し、或いは、積層冶具４０内に積層されているシート状電極１が搬送プレート２０と衝突し、或いは、搬送プレート１上に載置されたシート状電極１が積層冶具４０内に積層されているシート状電極１と衝突するのを回避し得る場合もある、この場合には、シート状電極浮き上り防止板９０，９１、９２を設置すれば十分である。

従って、本発明によれば、全固体電池用シート状電極１が載置される搬送プレート２０と、搬送プレート２０を支持しかつ走行経路に沿って移動せしめられる基台１９と、シート状電極１を積層保持する積層冶具４０とを具備しており、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１を積層冶具４０内に積層するときには、積層冶具４０が搬送プレート２０の下方において搬送プレート２０と整列して移動せしめられ、積層冶具４０と搬送プレート２０とが整列移動せしめられている間に、搬送プレート２０上に載置されたシート状電極１を積層冶具４０内に受け渡すシート状電極１の積層作業が行われる全固体電池用シート状電極の積層装置において、積層冶具４０内に積層されている積層済みのシート状電極１の上方に、積層冶具４０の移動経路に沿って積層冶具４０内へのシート状電極１の積層作業の開始位置まで延びると共に積層済みのシート状電極１が浮き上がったときに積層済みのシート状電極１と接触可能なシート状電極浮き上り防止板９０，９１、９２が配置されている。

１ シート状電極
１３，３３ 可動子
２０ 搬送プレート
２１，２２，４４，４６ クランプ
４０ 積層冶具
９０，９１、９２ シート状電極浮き上り防止板
Ａ プレート搬送装置
Ｂ 冶具搬送装置

Claims (1)

1. 全固体電池用シート状電極が載置される搬送プレートと、搬送プレートを支持しかつ走行経路に沿って移動せしめられる基台とを積層保持する積層冶具とを具備しており、搬送プレート上に載置されたシート状電極を積層冶具内に積層するときには、積層冶具が搬送プレートの下方において搬送プレートと整列して移動せしめられ、積層冶具と搬送プレートとが整列移動せしめられている間に、搬送プレート上に載置されたシート状電極を積層冶具内に受け渡すシート状電極の積層作業が行われる全固体電池用シート状電極の積層装置において、積層冶具内に積層されている積層済みのシート状電極の上方に、積層冶具の移動経路に沿って積層冶具内へのシート状電極の積層作業の開始位置まで延びると共に積層済みのシート状電極が浮き上がったときに積層済みのシート状電極と接触可能なシート状電極浮き上り防止板を配置した全固体電池用シート状電極の積層装置。

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