JP5989579B2

JP5989579B2 - 全固体電池の製造方法および製造装置

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Publication number: JP5989579B2
Application number: JP2013052756A
Authority: JP
Inventors: 松田　健; 健松田
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2033-03-15
Also published as: JP2014179250A

Description

この発明は、負極、固体電解質層および正極で構成される全固体電池を製造する技術に関するものである。

全固体電池を製造する方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、インクジェット法を用いるものがある。この特許文献１に記載の技術では、集電体となる金属箔上に、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している。

特開２００５−１１６２４８号公報（例えば、段落００２９）

上記した特許文献１に記載の技術では、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し、これ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。

一つ目の問題は、生産性が低い点である。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上記のように複雑な構造を制御性よく形成することができる反面、所望の立体構造を得るためには多数回の重ね塗りを要するため製造に長時間を要してしまう。

二つ目の問題は、各機能層間の分離が難しい点である。互いに異なる材料を含むインクが接触することで混じり合ってしまい、各機能層の境界が不明確になって電池としての性能を低下させてしまう可能性がある。特許文献１に記載の技術では１回の印刷工程ごとに乾燥を行っているが、このようにするとさらに生産性は低下し、また印刷工程ごとに形成される各層間での混じり合いは防止されるとしても、１回の印刷工程で隣接して形成される複数機能層間での混じり合いを防止することはできない。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、低コストで性能の優れた全固体電池を高い生産性で製造することのできる技術を提供することを目的とする。

この発明にかかる全固体電池の製造方法は、通気性を有する第１集電体を準備する第１工程と、第１集電体の一方面上に複数の凸状の第１活物質部を互いに離間して設けて第１活物質層を形成する第２工程と、第１集電体の一方面のうち複数の第１活物質部の間に位置する表面ならびに複数の第１活物質部の表面に倣って電解質層を形成する第３工程と、電解質層上に第２活物質層を形成する第４工程と、第２活物質層上に第２集電体を配置する第５工程とを備え、第３工程は、第１活物質層に対して第１集電体の反対側に可撓性シートを配置するとともに第１集電体の他方面側から可撓性シートに負圧を作用させ、第１集電体と第１活物質層とで形成される凹凸状の表面に追従するように可撓性シートを成形する工程と、可撓性シートの成形前に電解質層を構成する高分子電解質材料が染み込んだシートを可撓性シートとして準備する、あるいは可撓性シートの成形の前または後に可撓性シートに電解質層を構成する高分子電解質材料を染み込ませる工程とを有することを特徴としている。

また、この発明にかかる全固体電池の製造装置の一態様は、通気性を有する第１集電体の一方面上に複数の凸状の第１活物質部を互いに離間して設けて第１活物質層を形成する第１活物質層形成手段と、第１活物質層が形成された第１集電体の他方面側に配置された負圧供給部を有し、第１活物質層に対して第１集電体の反対側に配置される可撓性シートに対して負圧供給部から負圧を作用させ、第１集電体と第１活物質層とで形成される凹凸状の表面に追従するように可撓性シートを成形させるシート成形手段と、シート成形手段により成形された可撓性シートに高分子電解質材料を供給して染み込ませることによって、第１集電体の一方面のうち複数の第１活物質部の間に位置する表面ならびに複数の第１活物質部の表面に倣って電解質層を形成する電解質材料供給手段と、電解質層上に第２活物質層を形成する第２活物質層形成手段と、第２活物質層上に第２集電体を配置する集電体配置手段とを備えることを特徴としている。

さらに、この発明にかかる全固体電池の製造装置の他の態様は、通気性を有する第１集電体の一方面上に複数の凸状の第１活物質部を互いに離間して設けて第１活物質層を形成する第１活物質層形成手段と、第１活物質層が形成された第１集電体の他方面側に配置された負圧供給部を有し、高分子電解質材料が染み込んだ可撓性シートを第１活物質層に対して第１集電体の反対側に配置した状態で可撓性シートに対して負圧供給部から負圧を作用させ、第１集電体と第１活物質層とで形成される凹凸状の表面に追従するように可撓性シートを成形させることによって、第１集電体の一方面のうち複数の第１活物質部の間に位置する表面ならびに複数の第１活物質部の表面に倣って電解質層を形成するシート成形手段と、電解質層上に第２活物質層を形成する第２活物質層形成手段と、第２活物質層上に第２集電体を配置する集電体配置手段とを備えることを特徴としている。

これらの発明では、第１集電体の一方面上に第１活物質層を形成し、第１集電体の一方面のうち複数の第１活物質部の間に位置する表面ならびに複数の第１活物質部の表面に倣って電解質層を形成し、電解質層上に第２活物質層を形成する。このように、第１活物質層、電解質層および第２活物質層の各機能層が各工程ごとに順番に完成されてゆくので重ね塗りを要せず、各工程が単純であるとともに、全工程の所要時間が短い。したがって生産性に優れている。

また、電解質層は、第１集電体と第１活物質層とで形成される凹凸状の表面に追従するように成形した可撓性シートに染み込んだ高分子電解質材料により構成されるが、そのように可撓性シートを成形するために、第１集電体は通気性を有するもので構成されている。そして、第１活物質層に対して第１集電体の反対側に可撓性シートを配置した状態で当該可撓性シートに対して負圧を作用させて可撓性シートを成形させる。こうして電解質層は上記したように第１活物質部の間に位置する表面ならびに複数の第１活物質部の表面に倣った形状、つまり凹凸形状に仕上げられる。そして、この電解質層を介して第１活物質層および第２活物質層が比較的大きな面積で対向する構造となっており、小型で高出力が得られる。このように、優れた性能を有する全固体電池を低コストで、かつ高い生産性で製造することが可能となっている。

ここで、第１集電体としては、微細孔が多数設けられた導電シート部材を用いることができ、微細孔を介して負圧を可撓性シートに作用させることで可撓性シートの成形を好適に行うことができる。

また、第１活物質部の形状や配置などについては任意であるが、第１活物質部を構成する第１活物質を含む塗布液を互いに平行に離間しながら棒状に第１集電体の一方面に塗布して複数の第１活物質部を形成してもよい。これにより、第１集電体の一方面に対して第１活物質層を効率的に、しかも高密度に形成することができる。

この発明によれば、第１集電体上に第１活物質層を形成し、第１活物質層および第１集電体で形成される凹凸状の表面に追従するように可撓性シートを成形して当該可撓性シートに染み込む高分子電解質材料により電解質層を形成し、さらに電解質層上に第２活物質層を形成することで全固体電池を製造するので、性能の優れた全固体電池を低コストで、しかも高い生産性で製造することが可能となる。

本発明にかかる全固体電池の製造装置の一実施形態を示す図である。図１に示す製造装置の電気的構成を示すブロック図である。負極活物質塗布部のノズル近傍を拡大した図である。図１の電池製造装置による全固体電池の製造方法を模式的に示す図である。

図１は、本発明にかかる全固体電池の製造装置の一実施形態を示す図であり、図２は、図１に示す製造装置の電気的構成を示すブロック図である。なお、以後の説明のために、図１に示すようにＸＹＺ座標軸を設定する。ここでＸＹ平面が水平面であり、Ｚ軸は鉛直軸と一致する。Ｚ軸における正方向は鉛直上向き方向である。

この電池製造装置１は、上流プロセス部Ｐ１、中間搬送部Ｐ２および下流プロセス部Ｐ３を備えている。これらのうち上流プロセス部Ｐ１は、ロール状に巻き取られたパンチングメタルシートを負極集電体用の基材（以下、単に「基材Ｓ」という）とし、当該基材Ｓの表面に負極活物質層２および固体電解質層３を積層した積層体４を順次形成するとともに、基材Ｓを所定の長さ単位に切り分けて所定長さの枚葉基材Ｓに上記積層体４が形成された中間製造物５（＝枚葉基材Ｓ＋負極活物質層２＋固体電解質層３）を製造する。そして、中間搬送部Ｐ２は上流プロセス部Ｐ１で製造された中間製造物５を下流プロセス部Ｐ３に搬送する。この下流プロセス部Ｐ３は、中間製造物５の固体電解質層３上に正極活物質層６を形成し、さらに正極活物質層６に正極集電体として機能する金属箔７を積層させて全固体電池８を完成させる。以下、装置各部の構成について図１ないし図３を参照しつつ説明する。

上流プロセス部Ｐ１で使用する基材Ｓには、例えば１〜２０［μｍ］程度の微細孔が多数形成されており、活物質形成前には基材Ｓはロール状に巻回されている。そして、上流プロセス部Ｐ１では、シートロールから基材Ｓを巻出し、搬送方向Ｄに搬送するための上流搬送部１１が設けられている。この上流搬送部１１は、上記シートロールを保持するとともに基材Ｓを一定速度で送り出す供給ローラ１１１と、供給ローラ１１１により巻き出された基材Ｓを所定の搬送経路に沿って案内する複数のガイドローラ１１２、１１３とを備えている。なお、図１では、複数のガイドローラのうち次に説明する負極活物質塗布部１２のノズル１２１と対向して設けられるノズル対向ローラ１１２と、基材Ｓの切り分け位置（後述するカッター部１７により基材Ｓを切断する位置）の近傍に設けられるローラ１１３とを図示し、その他のガイドローラについて図示を省略している。また、ガイドローラのうちいくつかが装置全体を制御する制御部Ｃにより回転駆動制御されて基材Ｓを搬送し、他は基材Ｓの移動に伴って回転する従動ローラとなっている。

ノズル対向ローラ１１２に巻き掛けられた基材Ｓの巻き掛け領域Ｓｒにおいて、負極活物質塗布部１２のノズル１２１が基材Ｓ表面に近接対向配置される。このように、ノズル対向ローラ１１２は、基材Ｓを挟んでノズル１２１と反対側に設けられ、ノズル１２１による安定した塗布を可能にするバックアップローラとして機能する。

図３は負極活物質塗布部のノズル近傍を拡大した図である。負極活物質塗布部１２では、ノズル１２１は吐出口１２２を基材Ｓの巻き掛け領域Ｓｒに向けて配置されている。ノズル１２１には負極用の塗布液供給部（図示省略）が接続されており、制御部Ｃからの動作指令に応じて負極活物質を含む塗布液をノズル１２１に向けて圧送する。これにより、ノズル１２１の吐出口１２２から塗布液が基材Ｓの表面に一定時間の間、連続的に供給され、搬送方向Ｄに沿って延びる棒状の活物質パターンＰＴが複数本互いに平行に基材Ｓの表面に形成され、これら複数本の活物質パターンＰＴにより負極活物質層２が形成される。本実施形態では、負極活物質としては、例えばＬｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２とグラファイトとを混合したものを用いることができる。また、塗布液としては、上記負極活物質と、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）および溶剤としてのＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）などを混合したものを用いることができる。特に、本実施形態では、基材Ｓに多数の微細孔が設けられていることを考慮して比較的粘度の高い、例えばせん断速度１０［ｓ^−１］で粘度１６５［Ｐａ・ｓ］以上の塗布液を使用している。このため、塗布液の一部が微細孔に入り込んで活物質パターンＰＴにくぼみが生じるというような不具合等を発生させることなく、所望形状の活物質パターンＰＴを形成することが可能となっている。

図３では、ノズル１２１の構成および動作を明瞭にするために吐出口１２２を比較的大きく図示すべく、吐出口１２２の個数を少なくしているが、吐出口１２２の個数は特に限定されるものではなく、例えば２５６個とすることができる。また、吐出ノズル２２の材質についても特に限定されないが、塗布液に対し汚染物質を混入させることがなく、微細加工ができるという点から、例えばシリコンやジルコニアの結晶を用いることができる。

この負極活物質塗布部１２は塗布液の連続吐出を一定の時間だけ行って基材Ｓの一方面（上面）に負極活物質層２を順次形成する。そして、上流搬送部１１による基材Ｓの搬送によって各負極活物質層２は、負極活物質塗布部１２から搬送方向Ｄの下流側（図１の右手側）で搬送経路に沿って順番に設けられる負極用乾燥部１３、シート成形部１４、電解質塗布部１５、電解質層用乾燥部１６およびカッター部１７に搬送され、各部で所定の処理が実行される。

負極用乾燥部１３は熱風源や赤外線ヒーターなどの乾燥用熱源１３１を有しており、乾燥用熱源１３１により活物質パターンＰＴに含まれる溶剤を乾燥除去して負極活物質層２を基材Ｓ上で固化させる。これによって、基材Ｓ上に負極活物質層２が配置され、基材Ｓと負極活物質層２とで負極電極が形成される。

また、シート成形部１４では、基材Ｓの搬送経路の上方側（＋Ｚ方向側）にシート供給機構（図示省略）が配置されるとともに、基材Ｓの下方側（−Ｚ方向側）に減圧ステージ１４１が配置されている。このシート供給機構は乾燥固化された負極活物質層２の上面に可撓性シートＦＳを載置する。この可撓性シートＦＳとしては、非水系電池に用いられるセパレータを用いることができ、例えば不織布、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミドなどを用いることができる。一方、減圧ステージ１４１の上面には複数の開口が設けられており、負圧供給源（図示省略）から負圧が各開口に与えられると、減圧ステージ１４１の上面で基材Ｓを吸着保持し、さらに基材Ｓの微細孔を介して負極活物質層２と可撓性シートＦＳで挟まれた空間にも負圧が作用する。このように基材Ｓの下面側から可撓性シートＦＳに負圧を作用させ、これによって負極活物質層２および基材Ｓで形成される凹凸状の表面（図３参照）に追従するように可撓性シートＦＳは成形される。

また、電解質塗布部１５では、基材Ｓの下方側（−Ｚ方向側）にバックアップステージ１５１が配置されており、負極活物質層２と成形済みの可撓性シートＦＳとを積層した基材Ｓの部位を基材Ｓの下面側から支持する。また、バックアップステージ１５１で支持された基材Ｓの上方（＋Ｚ方向）にスプレイノズル１５２が配置されている。このスプレイノズル１５２は高分子電解質材料を供給する電解質材料供給部（図示省略）と接続されており、制御部Ｃからの動作指令に応じて高分子電解質材料をノズル１５２に向けて圧送する。これにより、ノズル１５２の吐出口から高分子電解質材料が成形済みの可撓性シートＦＳに供給されて染み込む。これによって、基材Ｓの上面のうち活物質パターンＰＴの間に位置する表面Ｓ１（図３および図４参照）ならびに活物質パターンＰＴの表面に倣って電解質層３が形成される。ここで、高分子電解質材料としては、例えばポリエチレンオキサイドとポリスチレンとの共重合体、支持塩としての例えばＬｉＰＦ₆（六フッ化リン酸リチウム）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。なお、図１および後で説明する図４においては、高分子電解質材料が染み込む前の可撓性シートＦＳに対しては梨地模様を付さないのに対し、高分子電解質材料が可撓性シートＦＳに染み込んで電解質層３が形成されたものには梨地模様を付し、高分子電解質材料の染み込みの有無を区別している。

電解質層用乾燥部１６は、負極用乾燥部１３と同様に、熱風源や赤外線ヒーターなどの乾燥用熱源１６１を有しており、乾燥用熱源１６１により電解質層３を固化させて固体電解質層３を形成する。

そして、上流プロセス部Ｐ１の下流端の近傍にカッター部１７が配置されている。このカッター部１７は基材Ｓの搬送経路の上下に別れて配置された一対のカッター刃１７１、１７１を有しており、制御部Ｃからの動作指令に応じてカッター刃１７１、１７１が開閉して基材Ｓを所定の長さ単位で切断する。これにより、基材Ｓが所定長さの枚葉基材Ｓに切り分けられ、当該枚葉基材Ｓ上に上記積層体４が形成された中間構造体５（＝枚葉基材Ｓ＋負極活物質層２＋固体電解質層３）が製造される。この中間構造体５では、枚葉基材Ｓが負極集電体として機能する。

中間搬送部Ｐ２は一対のローラ２１１、２１２の間にベルト２１３を掛け渡した、いわゆるコンベアベルト方式の搬送ユニット２１を有しており、上記中間製造物５を下流プロセス部Ｐ３に搬送する。もちろん、中間搬送部Ｐ２の構成はこれに限定されるものではなく、例えば搬送ロボットにより中間製造物５を下流プロセス部Ｐ３に搬送するように構成してもよい。

この下流プロセス部Ｐ３では、中間搬送部Ｐ２により搬送されてきた中間製造物５を所定の搬送方向Ｄに搬送するための下流搬送部３１が設けられている。この下流搬送部３１は中間搬送部Ｐ２と同様にベルトコンベア方式を採用している。つまり、下流搬送部３１では、一対の搬送ローラ３１１、３１２が搬送方向Ｄに離間配置されるとともに、それらの搬送ローラ３１１、３１２に無端ベルト３１３が掛け渡されている。これら２つの搬送ローラ３１１、３１２の一方が制御部Ｃにより回転駆動制御されてベルト３１３を循環移動させ、他はベルト３１３の移動に伴って回転する従動ローラとなっている。

また、下流プロセス部Ｐ３では、搬送方向Ｄに沿って正極活物質塗布部３２、正極集電体供給部３３および正極用乾燥部３４がこの順序で配置されている。

正極活物質塗布部３２は、搬送方向Ｄに直交する方向（この例ではＹ方向）に延びるスリット状の吐出口を有するノズル３２１を備えている。このノズル３２１には正極用の塗布液供給部（図示省略）が接続されており、制御部Ｃからの動作指令に応じて正極活物質を含む塗布液をノズル３２１に向けて圧送する。これにより、ノズル３２１から塗布液が中間製造物５の上面、つまり固体電解質層３上に一定時間の間、連続的に供給され、下面が固体電解質層３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６が固体電解質層３全面を覆うように形成される。ここで、正極活物質としては、例えばＬｉＣｏＯ_２（ＬＣＯ）を主体とするもの、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ＬｉＮｉ_1/3Ｍｎ_1/3Ｃｏ_1/3Ｏ₂、ＬｉＮｉ_0.8Ｃｏ_0.15Ａｌ_0.05Ｏ₂などを用いることができる。また、活物質を含む塗布液としては、上記した活物質材料の他に、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。なお、ノズル３２１の吐出口形状はこれに限定されるものではなく、図３に示したように吐出口を多数設けたものであってもよい。

正極集電体供給部３３は正極集電体として機能する金属箔７を正極活物質層６上に供給して積層させる機能を有している。ここで、金属箔７としては、例えばアルミニウム箔を用いることができるが、次に説明する乾燥処理の効率を高めるために、負極集電体として機能する枚葉基材Ｓと同様に多数の微細孔を形成したものを用いてもよい。

正極用乾燥部３４は、負極用乾燥部１３と同様に、熱風源や赤外線ヒーターなどの乾燥用熱源３４１を有しており、乾燥用熱源３４１により正極活物質層６を固化させるとともに正極活物質層６と金属箔７との密着性を向上させる。こうして、全固体電池８が製造された後、下流搬送部３１により最終乾燥処理を行う本乾燥ユニットに搬出される。

次に、上記のように構成された電池製造装置１による全固体電池の製造方法について図１および図４を参照しつつ説明する。この実施形態では、図４（ａ）に示すように多数の微細孔ＦＨを有する基材Ｓが負極集電体として用いられる。つまり、負極活物質塗布部１２により、負極活物質を含む塗布液をノズル１２１から基材Ｓの表面に一定時間の間、連続的に供給して、複数本の活物質パターンＰＴからなる負極活物質層２を基材Ｓの上面に形成する。そして、負極用乾燥部１３により活物質パターンＰＴに含まれる溶剤を乾燥除去して負極活物質層２を基材Ｓ上で固化させて負極電極を形成する。

次に、シート成形部１４により負極活物質層２の上面に可撓性シートＦＳを載置するとともに減圧ステージ１４１の上面で基材Ｓを吸着保持しながら基材Ｓの微細孔ＦＨを介して負極活物質層２と可撓性シートＦＳで挟まれた空間に負圧を作用させる。これによって、図４（ｂ）に示すように、負極活物質層２および基材Ｓの表面Ｓ１で形成される凹凸状の表面（図３参照）に追従するように可撓性シートＦＳが成形される。また、これに続いて、電解質塗布部１５により、成形済みの可撓性シートＦＳに対して高分子電解質材料を供給して可撓性シートＦＳに染み込ませる。こうして、図４（ｃ）に示すように、基材Ｓの上面のうち活物質パターンＰＴの間の表面Ｓ１ならびに活物質パターンＰＴの表面に倣って電解質層３を形成した後、電解質層３を電解質層用乾燥部１６によって乾燥させる。これらの一連の上流プロセスによって連続基材Ｓ上に積層体４が一定間隔で形成されながらカッター部１７に送られる。そして、当該カッター部１７により積層体４の間で基材Ｓを切断する。これによって、枚葉基材Ｓの上面に積層体４を形成した中間製造物５が連続基材Ｓから切り離されていく。

各中間製造物５は中間搬送部Ｐ２の搬送ユニット２１によって下流プロセス部Ｐ３に順次搬送される。そして、正極活物質塗布部３２により中間製造物５の上面、つまり固体電解質層３上に正極活物質を含む塗布液を供給し、図４（ｄ）に示すように、固体電解質層３全面を覆うように正極活物質層６を形成する。また、図４（ｅ）に示すように、正極集電体供給部３３により正極集電体として機能する金属箔７を正極活物質層６上に積層させた後、正極用乾燥部３４で乾燥処理を行って正極活物質層６を固化させて全固体電池８を製造する。

以上のように、本実施形態では、負極集電体として機能する基材Ｓの上面に負極活物質層２を形成し、基材Ｓの表面Ｓ１（活物質パターンＰＴの間に位置する基材表面）ならびに活物質パターンＰＴの表面に倣って電解質層３を形成し、さらに電解質層３上に正極活物質層６を形成している。つまり、負極活物質層２、電解質層３および正極活物質層６の各機能層を各工程ごとに順番に完成している。そのため、重ね塗りを要せず、各工程が単純であるとともに、全工程の所要時間が短いという特徴を有している。その結果、優れた生産性が得られる。

また、負極集電体として機能する基材Ｓに多数の微細孔ＦＨを設け、通気性を確保している。そして、負極活物質層２に対して基材Ｓの反対側（図１や図４中の上側）に可撓性シートＦＳを配置した状態で当該可撓性シートＦＳに対して負圧を作用させて可撓性シートＦＳを成形した後で、当該成形済みの可撓性シートＦＳに高分子電解質材料を染み込ませて電解質層３を形成している。このため、図４（ｃ）に示すように、電解質層３はシート表面Ｓ１および活物質パターンＰＴの表面に倣った形状、つまり凹凸形状に仕上げられている。そして、この電解質層３を介して負極活物質層２および正極活物質層６が比較的大きな面積で対向する構造となっている。その結果、本実施形態で製造された全固体電池８は小型で、しかも高出力で高速充放電特性を有している。このように、優れた性能を有する全固体電池８を低コストで、かつ高い生産性で製造することが可能となっている。

さらに、ライン状の活物質パターンＰＴを複数本、互いに平行に離間しながら基材Ｓの上面に形成して負極活物質層２を形成しているため、負極活物質層２を効率的に、しかも高密度に形成することができる。

このように、本実施形態では、多数の微細孔を有する負極集電体用の基材Ｓが本発明の「通気性を有する第１集電体」および「導電シート部材」の一例に相当する。また、活物質パターンＰＴおよび負極活物質層２がそれぞれ本発明の「第１活物質層」および「第１活物質部」の一例に相当している。また、正極活物質層６および正極集電体７がそれぞれ本発明の「第２活物質層」および「第２集電体」の一例に相当している。また、電池製造装置１が本発明の「全固体電池の製造装置」の一例に相当しており、電池製造装置１を構成する負極活物質塗布部１２、シート成形部１４、電解質塗布部１５、正極活物質塗布部３２および正極集電体供給部３３がそれぞれ本発明の「第１活物質層形成手段」、「シート成形手段」、「電解質材料供給手段」、「第２活物質層形成手段」および「集電体配置手段」として機能している。さらに、減圧ステージ１４１が本発明の「負圧供給部」の一例に相当している。

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、上記実施形態では、可撓性シートＦＳを成形した後で、当該成形済みのシートＦＳに高分子電解質材料を染み込ませて電解質層３を形成しているが、この順序を入れ替えてもよい。つまり、可撓性シートＦＳに高分子電解質材料を染み込ませた後で、当該可撓性シートＦＳを成形して凹凸状の電解質層３を形成してもよい。また、予め高分子電解質材料が染み込んだ可撓性シートを用いてもよく、この場合、電池製造装置１での電解質塗布部１５の設置が不要となる。

また、上記実施形態では、パンチングメタルからなる基材Ｓを「通気性を有する第１集電体」として用いているが、その他の材料、例えば不織布や樹脂シートなどの基材シートに導電性粒子を分散させた通気性導電シートを用いてもよい。

また、上記実施形態では、棒状の活物質パターンＰＴを形成しているが、パターン形状はこれに限定されるものではなく、例えば互いに独立したアイランド状の活物質パターンにより負極活物質層を構成してもよい。また、活物質パターンＰＴをノズルディスペンス法により形成しているが、この活物質形成工程のみ微細パターンの形成を必要とするものであるから、この工程のみ特許文献１に記載されたようなインクジェット法の重ね塗りによって形成し、以後の工程を上記のようにして形成するようにしてもよい。

また、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、上記した実施形態では、可撓性シートＦＳに高分子電解質材料を染み込ませるのにスプレーコート法を採用しているが、可撓性シートＦＳに対して高分子電解質材料を均一に供給できる方法であれば他の方法、例えばノズルディスペンス法を適用してもよい。また、正極活物質層６を形成するのにノズルディスペンス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、例えばドクターブレード法、ノズルスキャン法、スリットコート法、バーコート法などで塗布してもよい。

また、上記実施形態では、図４に示すように正極活物質６が棒状の活物質パターンと各活物質パターンの頂部を連結するように形成された活物質膜とで構成されているが、負極活物質層２と同様に、正極活物質６が棒状の活物質パターンのみで構成してもよい。

また、上記実施形態では、カッター部１７による切断工程を負極用乾燥部１６による乾燥工程の直後に行っているが、正極用乾燥部３４による乾燥工程より後で実行してもよい。すなわち、長尺状態で正極集電体を積層し、乾燥させた後に切断してもよい。

また、上記実施形態では基材（負極集電体）Ｓ上に負極活物質層２、固体電解質層３、正極活物質層６および金属箔（正極集電体）７を順次積層しているが、これとは反対に、正極集電体上に正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層および負極集電体をこの順番に積層するようにしてもよい。

さらに、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。

この発明は、全固体電池の製造技術に好適に適用することができ、特に低コストで小型、高出力の電池を優れた生産性で製造するのに適している。

１…電池製造装置
２…負極活物質層（第１活物質層）
３…固体電解質層
４…積層体
５…中間製造物
６…正極活物質層（第２活物質層）
７…金属箔（第２集電体）
８…全固体電池
１２…負極活物質塗布部（第１活物質層形成手段）
１４…シート成形部（シート成形手段）
１５…電解質塗布部（電解質材料供給手段）
３２…正極活物質塗布部（第２活物質層形成手段）
３３…正極集電体供給部（集電体配置手段）
１４１…減圧ステージ（負圧供給部）
ＦＨ…微細孔
ＦＳ…可撓性シート
ＰＴ…活物質パターン
Ｓ…基材
Ｓ１…表面

Claims

通気性を有する第１集電体を準備する第１工程と、
前記第１集電体の一方面上に複数の凸状の第１活物質部を互いに離間して設けて第１活物質層を形成する第２工程と、
前記第１集電体の一方面のうち前記複数の第１活物質部の間に位置する表面ならびに前記複数の第１活物質部の表面に倣って電解質層を形成する第３工程と、
前記電解質層上に第２活物質層を形成する第４工程と、
前記第２活物質層上に第２集電体を配置する第５工程とを備え、
前記第３工程は、
前記第１活物質層に対して前記第１集電体の反対側に可撓性シートを配置するとともに前記第１集電体の他方面側から前記可撓性シートに負圧を作用させ、前記第１集電体と前記第１活物質層とで形成される凹凸状の表面に追従するように前記可撓性シートを成形する工程と、
前記可撓性シートの成形前に前記電解質層を構成する高分子電解質材料が染み込んだシートを前記可撓性シートとして準備する、あるいは前記可撓性シートの成形の前または後に前記可撓性シートに前記電解質層を構成する高分子電解質材料を染み込ませる工程と
を有することを特徴とする全固体電池の製造方法。
請求項１に記載の全固体電池の製造方法であって、
前記第１工程は、微細孔が多数設けられた導電シート部材を前記第１集電体として準備する工程である全固体電池の製造方法。
請求項１または２に記載の全固体電池の製造方法であって、
前記第２工程は、前記第１活物質部を構成する第１活物質を含む塗布液を互いに平行に離間しながら棒状に前記第１集電体の一方面に塗布して前記複数の第１活物質部を形成する工程である全固体電池の製造方法。
通気性を有する第１集電体の一方面上に複数の凸状の第１活物質部を互いに離間して設けて第１活物質層を形成する第１活物質層形成手段と、
前記第１活物質層が形成された前記第１集電体の他方面側に配置された負圧供給部を有し、前記第１活物質層に対して前記第１集電体の反対側に配置される可撓性シートに対して前記負圧供給部から負圧を作用させ、前記第１集電体と前記第１活物質層とで形成される凹凸状の表面に追従するように前記可撓性シートを成形させるシート成形手段と、
前記シート成形手段により成形された前記可撓性シートに高分子電解質材料を供給して染み込ませることによって、前記第１集電体の一方面のうち前記複数の第１活物質部の間に位置する表面ならびに前記複数の第１活物質部の表面に倣って電解質層を形成する電解質材料供給手段と、
前記電解質層上に第２活物質層を形成する第２活物質層形成手段と、
前記第２活物質層上に第２集電体を配置する集電体配置手段と
を備えることを特徴とする全固体電池の製造装置。
通気性を有する第１集電体の一方面上に複数の凸状の第１活物質部を互いに離間して設けて第１活物質層を形成する第１活物質層形成手段と、
前記第１活物質層が形成された前記第１集電体の他方面側に配置された負圧供給部を有し、高分子電解質材料が染み込んだ可撓性シートを前記第１活物質層に対して前記第１集電体の反対側に配置した状態で前記可撓性シートに対して前記負圧供給部から負圧を作用させ、前記第１集電体と前記第１活物質層とで形成される凹凸状の表面に追従するように前記可撓性シートを成形させることによって、前記第１集電体の一方面のうち前記複数の第１活物質部の間に位置する表面ならびに前記複数の第１活物質部の表面に倣って電解質層を形成するシート成形手段と、
前記電解質層上に第２活物質層を形成する第２活物質層形成手段と、
前記第２活物質層上に第２集電体を配置する集電体配置手段と
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に記載の全固体電池の製造装置であって、
可撓性を有するシート部材に高分子電解質材料を供給して染み込ませて前記可撓性シートを作成する電解質材料供給手段をさらに備える全固体電池の製造装置。
請求項５に記載の全固体電池の製造装置であって、
前記シート成形手段は、予め高分子電解質材料が染み込んだ可撓性を有するシート部材を前記可撓性シートとして用いる全固体電池の製造装置。