JP7286696B2 - 電池用部材の製造方法及び製造装置 - Google Patents

電池用部材の製造方法及び製造装置 Download PDF

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Description

本発明は、電池用部材の製造方法及び製造装置に関する。
近年、自動車、パソコン、携帯電話等の大小さまざまな電気・電子機器の普及により、高容量、高出力の電池の需要が急速に拡大している。例えば、固体電解質材料を備える固体電池は、従来の電解質として有機電解液を備える電池と比較して、電解質が不燃性であるために安全性が向上する点や、より高いエネルギー密度を有する点において優れており、現在注目を集めている（例えば、特許文献１参照）。
固体電池は、正極層と、固体電解質層と、負極層と、が積層された積層体により構成される。固体電解質層は、イオンを伝導する機能と、負極活物質層と正極活物質層との間の短絡を防ぐセパレータの機能を有する。
ここで、例えば不織布等の三次元構造の基材を用いた固体電解質層は、製造プロセスにおけるハンドリング性や連続生産性の観点から、固体電解質のスラリーを収容可能な含浸処理槽内において、浸漬時に自然に生じる対流以外の流れを生じさせずに毛細管現象を利用して、基材に固体電解質のスラリーを含浸させることにより製造される。
特開２０１４－０２６７４７号公報
しかしながら、従来の固体電解質層の製造においては、下記の複数の課題がある。
まず、三次元構造を有する基材の含浸処理を自然対流のみで行った場合においては、三次元構造を有する基材内部にエアーが残存し易い。基材内部にエアーが残存すると電池性能に悪影響を及ぼすため、三次元構造を有する基材内部のエアーを十分に除去するために長時間の含浸処理が必要となる。加えて、固体電解質のスラリーを含浸量に比して多量に用意する必要もあるため、製造コストが嵩む。
また、含浸処理槽においては三次元構造を有する基材の浸漬時に生じる自然対流以外には固体電解質のスラリーの流動が無いため、小粒径の粒子等が選択的に三次元構造を有する基材に含浸される。さらには、含浸処理槽内における固体電解質のスラリーに凝集が発生する等、スラリーの組成の不均一化が生じ、結果として固体電解質層の品質が不安定化する。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、三次元構造を有する基材を用いた電池用部材において、基材内部のエアーの残存を抑制しつつ均一な組成の固体電解質を含浸させることができるとともに、製造コストが安価な電池用部材の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
（１） 本発明は、三次元構造を有する基材を含浸処理槽内に配置する第１工程と、前記含浸処理槽内に配置された前記基材に対して固体電解質スラリーを流動させて供給することにより、前記固体電解質スラリーを前記基材に含浸させる第２工程と、を備える、電池用部材の製造方法を提供する。
（２） （１）の電池用部材の製造方法において、前記第１工程では、前記含浸処理槽内に、前記基材の長手方向と前記含浸処理槽の底面とが略平行になるように前記基材を配置してもよい。
（３） （１）又は（２）の電池用部材の製造方法において、前記第２工程では、前記基材を、前記含浸処理槽の底面に対し略平行に移動させながら前記固体電解質スラリーを前記基材に含浸させてもよい。
（４） （１）から（３）いずれかの電池用部材の製造方法において、前記第２工程では、前記含浸処理槽の底面に対向する前記基材の裏面側が前記固体電解質スラリー中に浸漬され且つ前記基材の表面側が前記固体電解質スラリーから露出する状態で、前記基材に対して前記固体電解質スラリーを流動させて供給してもよい。
（５） また本発明は、固体電解質スラリーを収容する含浸処理槽と、三次元構造を有する基材を前記含浸処理槽内に配置する配置機構と、前記含浸処理槽内に配置された前記基材に対して前記固体電解質スラリーを流動させて供給することにより、前記基材に前記固体電解質スラリーを含浸させる供給機構と、を備える、電池用部材の製造装置を提供する。
（６） （５）の電池用部材の製造装置において、前記配置機構は、前記基材の長手方向と前記含浸処理槽の底面とが略平行になるように前記基材を前記含浸処理槽内に配置してもよい。
（７） （５）又は（６）の電池用部材の製造装置において、前記配置機構は、前記基材を前記含浸処理槽の底面に対し略平行に移動させる移動機構を有していてもよい。
（８） （５）～（７）いずれかの電池用部材の製造装置において、前記供給機構は、前記含浸処理槽の底面に対向する前記基材の裏面側が前記固体電解質スラリー中に浸漬され且つ前記基材の表面側が露出する状態で、前記基材に対して前記固体電解質スラリーを流動させて供給してもよい。
本発明によれば、三次元構造を有する基材を用いた電池用部材において、基材内部のエアーの残存を抑制しつつ均一な組成の固体電解質を含浸させることができるとともに、製造コストが安価な電池用部材の製造方法及び製造装置を提供できる。
本発明の一実施形態に係る固体電解質シートの製造方法及び製造装置を示す図である。 本発明の別の一実施形態に係る固体電解質シートの製造方法及び製造装置を示す図である。 本発明の別の一実施形態に係る固体電解質シートの製造方法及び製造装置を示す図である。 従来の固体電解質シートの製造方法の一例を示す図である。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜電池用部材の製造方法＞
図１は、本発明の一実施形態に係る固体電解質シートの製造方法を示す図である。本実施形態に係る固体電解質シートの製造方法は、本発明の電池用部材の製造方法を固体電解質シートの製造方法に適用したものである。図１に示されるように、この実施形態に係る電池用部材の製造方法は、三次元構造を有する基材（以下、単に「基材」とも称す）を含浸処理槽内に固定して配置する第１工程と、含浸処理槽内に固体電解質スラリーを流動させて供給することにより、三次元構造を有する基材に固体電解質スラリーを含浸させる第２工程と、を備える。
図２は、本発明の別の一実施形態に係る固体電解質シートの製造方法を示す図である。図２に示されるように、この実施形態に係る電池用部材の製造方法は、三次元構造を有する基材を含浸処理槽内に配置する第１工程と、固体電解質スラリーを流動させて供給しながら基材が含浸処理槽内を移動することにより、三次元構造を有する基材に固体電解質スラリーを含浸させる第２工程と、を備える。
図３も、本発明の別の一実施形態に係る固体電解質シートの製造方法を示す図である。図３に示されるように、この実施形態に係る電池用部材の製造方法は、三次元構造を有する基材を含浸処理槽内に配置する第１工程と、固体電解質スラリーを流動させて供給することにより、三次元構造を有する基材に固体電解質スラリーを含浸させる第２工程と、を備える。
本発明の電池用部材の製造方法は、上記第１工程及び第２工程を備えることで、三次元構造を有する基材の内部に圧力勾配が生じ、効果的にエアーを押し出しながら固体電解質のスラリーを含浸させることができる。また、三次元構造を有する基材に、均一な組成の固体電解質スラリーを連続的に含浸できるので、高品質の電池用部材を多量かつ高速に製造することも可能となる。
［第１工程］
第１工程は、三次元構造を有する基材を含浸処理槽内に配置する工程である。本実施形態に係る電池用部材の製造方法においては、三次元構造を有する基材に固体電解質のスラリーを一定の方向に流動させながら含浸させるため、基材を含浸処理槽内のスラリー収容部に配置する必要がある。
上記第１工程を有することで、後述する第２工程において、三次元構造を有する基材の内部に存在するエアーを置換排除しながら、均一に固体電解質のスラリーを含浸させることができる。また、三次元構造を有する基材の内部に、均一に固体電解質のスラリーを充填させられるため、安定して高品質な電池用部材を製造できる。
また、本工程においては、三次元構造を有する基材は、基材の長手方向と含浸処理槽の底面とが略平行になるように含浸処理槽内に配置されていることが好ましい（図１（ａ）、図１（ｃ）、図２（a）、図２（ｃ）、図３（ａ）及び図３（ｃ）参照）。三次元構造を有する基材の長手方向と含浸処理槽の底面とが略平行になるように基材を含浸処理槽内に配置することで、ディップ含浸処理を行う電池用部材の製造方法と比較して、底が浅い含浸処理槽を用いることができる。そのため、後述する第２工程において固体電解質スラリーの必要量を低減でき、固体電解質スラリーの凝集やそれによって生じる組成の不均一化もより抑制できる。その結果、製造コストも低減できる。
なお、本工程において三次元構造を有する基材を含浸処理槽内に配置するにあたっては、図１で示すように、基材を含浸処理槽内に固定して配置してもよい。または、図２で示すように、後述する第２工程において含浸処理槽内を移動できるように三次元構造を有する基材を配置してもよい。もしくは、図３で示すように、供給ロールから送り出した基材が含浸処理槽内に収まるように配置してもよい。いずれの配置方法についても、従来公知の方法を採用することができる。
固定具を用いて三次元構造を有する基材を含浸処理槽に配置する方法としては、例えば、基材の長手方向または短手方向のいずれかの両端を挟持する第１の固定具と、基材及び第１の固定具を含浸処理槽内のスラリー収容部に保持したまま固定できる第２の固定具を含浸処理槽の内部または外部に設けてそれぞれ固定する方法が挙げられる（図１（ａ）及び図２（a）参照）。また、第１の固定具と第２の固定具の間は、ワイヤー、チェーン、ベルトなど公知の連結具で連結されている。なお、本明細書において、「第１の固定具」及び「第２の固定具」を併せて単に「固定具」と称することがある。
三次元構造を有する基材を含浸処理槽内に配置する別の方法として、例えば、基材を含浸処理槽内に供給する供給ロールを含浸処理槽の外部に設け、供給ロールから基材を送り出し、含浸処理槽内スラリー収容部に供給する方法が挙げられる（図３（a）参照）。この配置方法において、基材の含浸処理槽内に配置される側の基材の端部は固定具を用いて配置しなくてもよい。この場合においては、供給ロールから送り出された側の基材の端部は含浸処理槽内を自由移動できる。また、固定具の使用や洗浄に係る工程を省略できる。
なお、三次元構造を有する基材の含浸処理槽内に配置される側の端部を、固定具を用いて含浸処理槽内に配置した場合には、基材のたわみを抑制できる。このため、基材内部のエアーを効率的に除去しながら、基材に固体電解質スラリーが均一に含浸できる。
なお、基材を供給ロールから含浸処理槽内へ送り出す場合において、好ましい基材の性質としては、基材の送り出し及び固体電解質スラリーへの接触や含浸等により、基材に折れや曲がり、破損等が生じない材質であることが挙げられる。基材に折れや曲がり、破損等が生じない材質であることで、基材に固体電解質スラリーが均一に含浸できるためである。
三次元構造を有する基材を含浸処理槽内に配置するさらに別の方法として、例えば、基材を単に含浸処理槽上に載置する方法も挙げられる。
本実施形態に係る電池用部材の製造方法において用いられる三次元構造を有する基材は、メッシュ、織布、不織布、エンボス体、パンチング体、エキスパンド、発泡体などが例示され、不織布であることが好ましい。三次元構造を有する基材が不織布であれば、本実施形態に係る電池用部材の製造方法において、基材に固体電解質スラリーを急速に含浸できるので、含浸に係る製造コストを低減しやすくなる。
本実施形態に係る電池用部材を構成する三次元構造を有する基材の材料は、特に限定されるものではなく、自立性を有するシートを構成できるものであればよい。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリオレフィン、ナイロン、アラミド、Ａｌ２Ｏ３、ガラス、金属等が挙げられる。三次元構造を有する基材の材料にポリエチレンテレフタレート、ポリオレフィン、ナイロン、アラミド、Ａｌ２Ｏ３、ガラスなど非導電材料を用いた場合においては、固体電解質シートの製造方法に適用することができ、三次元構造を有する基材の材料に金属材料等の導電材料を用いた場合においては、電極層の製造方法に適用することができる。
本実施形態に係る電池用部材を構成する三次元構造を有する基材の空隙率は、６０～９５％の範囲であることが好ましい。空隙率は、７０～９０％であることがさらに好ましく、８０～９０％であることが特に好ましい。空隙率が上記範囲にあることより、本発明の固体電解質シートの製造方法において、三次元構造を有する基材に固体電解質スラリーを含浸しやすくなりリードタイムの短縮につながるため、製造コストを低減できる。
本実施形態に係る電池用部材の製造方法を構成する三次元構造を有する基材の厚みは、５～３０μｍの範囲であることが好ましい。支持体の厚みは、５～２０μｍであることがさらに好ましく、１０～２０μｍであることが特に好ましい。５μｍ未満の場合には、電池を形成した際に電極間の短絡を生じるおそれがあり、一方で、３０μｍを越える場合には、三次元構造を有する基材へのエネルギー密度の高い電池用部材の実現が困難となる。
［第２工程］
第２工程は、含浸処理槽内に配置された基材に対して固体電解質スラリーを流動させて供給することにより、固体電解質スラリーを前記基材に含浸させる工程である。
本実施形態に係る電池用部材の製造方法においては、三次元構造を有する基材を含浸処理槽内に配置した後、含浸処理槽内に固体電解質のスラリーを一定方向の流動を生じさせながら供給することで、固体電解質スラリーの凝集を抑制しながら基材の内部に均一に固体電解質スラリーを含浸させることができる。このため、安定して高品質な電池用部材を高速かつ多量に製造することができる（図１（ａ）及び図２（ａ）参照）。
本工程において、固体電解質スラリーは、例えば、固体電解質のスラリーを保持するタンクから、固体電解質のスラリーを含浸処理槽に輸送するためのポンプを用いて、固体電解質スラリーを含浸処理槽に供給するための供給配管５を通じて、含浸処理槽内に供給される（供給配管５以外は図示しない）。
また、固体電解質のスラリーは、圧力勾配と毛細管現象の作用により、三次元構造を有する基材の内部に含浸する。
なお、本工程においては、含浸処理槽の底面に対向する基材の裏面側が固体電解質のスラリー中に浸漬されかつ基材の表面側が露出する状態で、基材に対して固体電解質スラリーを流動させて供給することが好ましい（図１（ａ）及び図２（ａ）参照）。
本工程においては、三次元構造を有する基材の厚み方向において、含浸処理槽の底面と正対する裏面からそれと対向する表面に向かって固体電解質スラリーの含浸が進行する。このとき、含浸処理槽の底面に対向する基材の裏面側が固体電解質のスラリー中に浸漬され、かつ基材の表面側が露出する状態とすることで、三次元構造を有する基材のすべてを固体電解質のスラリーに浸漬した場合と比較したときに、基材内部に生じる圧力勾配の効果を極大化できるため、エアーをより効果的に置換除去しながら固体電解質スラリーを急速に含浸させることができる（図１（ａ）、図１（ｃ）、図２（ａ）、図２（ｃ）、図３（ａ）及び図３（ｃ）参照）。
本工程では、図２で示すように、三次元構造を有する基材が含浸処理槽内を移動できるように配置した場合においては、含浸処理槽内において固体電解質スラリーを流動させながら、基材も含浸処理槽内で移動させて、固体電解質スラリーを含浸させることが好ましい。なお、三次元構造を有する基材に固体電解質スラリーを流動させながら含浸させる際には、基材は含浸処理槽の底面に対し略平行に移動することが好ましい（図２（ａ）及び図２（ｃ）参照）。
また、このとき、三次元構造を有する基材に生じる圧力勾配をより極大化できることから、後述する固体電解質スラリーの流動方向に対向する方向に三次元構造を有する基材を移動させることが好ましい。
含浸処理槽内を移動できるように三次元構造を有する基材を配置する方法としては、例えば、第１の固定具と第２の固定具の少なくともいずれかに、一方でワイヤーを送出しながら他方でワイヤーを回収する移動機構を設けることで、含浸処理槽内を移動できるように基材を配置する方法が挙げられる（図２（ａ）及び図２（ｃ）参照）。この機構は、チェーンとスプロケットによる回転機構であってもよい。
三次元構造を有する基材を供給ロールから含浸処理槽内に供給する場合においては、基材を供給ロールから一定の送り出し速度で送り出し、かつ基材の送り出し速度及び固体電解質スラリーの流速を調整することで、基材と固体電解質スラリーの間に生じる張力、浮力及び圧力及び固体電解質スラリーの基材への含浸量を調整できる。これにより、基材内部のエアーを除去しながら固体電解質スラリーを均一に含浸できる。
また、三次元構造を有する基材を供給ロールから含浸処理槽内に供給する場合において、基材の供給ロールから送り出された側の基材の端部を含浸処理槽内に固定具を用いて配置した場合には、第１の固定具と第２の固定具の少なくともいずれか一方に、上記の移動機構を設けることで、基材は含浸処理槽内を移動できる。
なお、三次元構造を有する基材が含浸処理槽内を移動できるように配置する際には、基材を、含浸処理槽の底面に対し略平行に移動できるように配置することが好ましい（図２（ａ）及び図２（ｃ）参照）。また、このとき、三次元構造を有する基材に生じる圧力勾配をより極大化できることから、後述する固体電解質スラリーの流動方向に対向する方向に基材を移動させることが好ましい。
なお、固体電解質スラリーを含浸処理槽に供給しながら、一定方向に固体電解質スラリーを流動させる方法には、公知の方法を用いることができる。例えば、含浸処理槽の底部に攪拌羽を設置し一定の速度で回転させる方法や、配管及びポンプ等を別途含浸処理槽に接続して固体電解質スラリーを循環させる方法等が挙げられる。これにより、固体電解質のスラリー中に分散している粒子の凝集等により生じる組成の不均一化を抑制することができるので、製造コストを抑えながら安定して高品質な電池用部材を製造することができる。
さらに、本実施形態に係る電池用部材の製造方法は、第３工程として、含浸処理槽の底面と正対する基材の裏面と対向する表面まで固体電解質のスラリーが充填されたら、三次元構造を有する基材の上下を反転させた後、再度含浸処理槽内に配置された基材に対して固体電解質スラリーを流動させて供給することにより、固体電解質スラリーを前記基材に含浸させる工程を備えることが好ましい（図１（ｂ）、図１（ｃ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）参照）。
三次元構造を有する基材の浸漬面の表裏を反転させる方法としては、公知の方法を採用することができる。固定具を用いて含浸処理槽内に三次元構造を有する基材を配置する場合には、例えば、一旦三次元構造を有する基材の固定具を含浸処理槽から外して表裏を入れ替える方法を挙げることができる。また、固定具を用いずに基材を含浸処理槽内に配置している場合においては、例えば、治具で基材をつかんだ後表裏を反転して固体電解質スラリー上に載置する方法が挙げられる。基材を供給ロールから含浸処理槽内に供給している場合においては、例えば、含浸処理槽内で基材をロールから切り離したのち浸漬面の表裏を反転させる方法が挙げられる。
また、本実施形態に係る電池用部材の製造方法は、第４工程として、三次元構造を有する基材の厚み方向の両面から基材に対する固体電解質スラリーの含浸が完了したら、含浸処理槽から基材を取り出す工程を有することが好ましい（図１（ｄ）、図２（ｄ）及び図３（ｄ）参照）。取り出した基材について乾燥等の処理を行うことで、固体電解質シートは製造される。このとき、固定具で基材を固定している場合においては、基材の固定具も取り外す。
本実施形態に係る電池用部材の製造方法を構成する、三次元構造を有する基材に含浸される固体電解質スラリーは、特に限定されるものではなく、正極と負極との間でリチウムイオン伝導が可能な固体電解質を少なくとも含むスラリーであればよい。例えば、そのような固体電解質としては、酸化物系電解質や硫化物系電解質が挙げられる。また、三次元構造を有する基材に充填される固体電解質スラリーは、必要に応じて、バインダー等のその他の成分を添加してもよい。なお、固体電解質スラリーに、さらに、電極活物質を添加した場合においては、電極層の製造方法に適用することができる。
本発明の電池用部材の製造方法において用いられる固体電解質スラリーは、リチウム元素を含むことが好ましい。固体電解質がリチウム元素を含むことにより、リチウムイオン伝導性を高めることができる。
具体的には、固体電解質は、少なくとも硫化リチウムを含み、第２の成分として、硫化ケイ素、硫化リンおよび硫化ホウ素からなる群より選ばれる一つまたはそれ以上の化合物を含む物質であることが好ましく、特に、Ｌｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５が好ましい。このような硫化物系の固体電解質は、リチウムイオン伝導性が他の無機化合物より高いことが知られており、Ｌｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５の他に、ＳｉＳ２、ＧｅＳ２、Ｂ２Ｓ３等の硫化物を含んでいてもよい。また、固体電解質には、適宜、Ｌｉ３ＰＯ４やハロゲン、ハロゲン化合物等が添加されていてもよい。
固体電解質としては、無機化合物からなるリチウムイオン伝導体を無機固体電解質として含有するものであってもよい。リチウムイオン伝導体としては、例えば、Ｌｉ３Ｎ、ＬＩＳＩＣＯＮ、ＬＩＰＯＮ（Ｌｉ３＋ｙＰＯ４－ｘＮｘ）、Ｔｈｉｏ－ＬＩＳＩＣＯＮ（Ｌｉ３．２５Ｇｅ０．２５Ｐ０．７５Ｓ４）、Ｌｉ２Ｏ－Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＯ２－Ｐ２Ｏ５（ＬＡＴＰ）が挙げられる。
固体電解質は、非晶質、ガラス状、結晶（結晶化ガラス）等のいずれの構造であってもよい。固体電解質がＬｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５からなる硫化物系固体電解質である場合には、非晶質体のリチウムイオン伝導度は、１０－４Ｓｃｍ－１である。一方、結晶質体のリチウムイオン伝導度は、１０－３Ｓｃｍ－１である。
本発明の電池用部材の製造方法において、固体電解質スラリーとして用いられる固体電解質は、リンおよび／または硫黄を含むことが好ましい。固体電解質がさらに、リンおよび／または硫黄を含むことにより、得られる固体電池のイオン伝導度を向上させることができる。
なお、本発明の電池用部材の製造方法においては、上述の固体電解質シートの製造方法に適用できるほか、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更、又は削除することにより、電極層などの電池用部材の製造方法にも適用することができる。
＜電池用部材の製造装置＞
本実施形態に係る電池用部材の製造装置は、固体電解質スラリーを収容する含浸処理槽と、三次元構造を有する基材を含浸処理槽内に配置する配置機構と、含浸処理槽内に配置された基材に対して固体電解質スラリーを流動させて供給することにより、三次元構造を有する基材に固体電解質スラリーを含浸させる供給機構と、を備える。
本実施形態においては、例えば、上記の構成を有することで、本発明の電池用部材の製造方法を実施できる電池用部材の製造装置を提供することができる。上記の構成を有する本実施形態に係る電池用部材の製造装置は、多孔質材料の含浸処理時において生じる、固体電解質スラリーの凝集や小粒径の粒子等の選択的な三次元構造を有する基材への含浸を抑制ないし低減することで、固体電解質スラリーの組成の不均一化を抑制ないし低減できる。また、本実施形態に係る電池用部材の製造装置は、三次元構造を有する基材への含浸量に比して固体電解質のスラリーを多量に用意する必要がなくなり、さらに多孔質材料のエアー除去に長時間の含浸処理が必要となることで生じる、製造コストの押し上げも抑えることができる。
以下、詳しく説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更、又は削除が可能である。
［含浸処理槽］
本実施形態に係る電池用部材の製造装置においては、固体電解質スラリーを収容する含浸処理槽を備えている。本実施形態に係る電池用部材の製造装置が備える含浸処理槽は、含浸処理に必要な公知の機構を備えることができる。例えば、固体電解質のスラリーを供給する供給機構と、供給機構と含浸処理槽とを結合する供給口と、供給口と結合して固体電解質スラリーを収容するスラリー収容部と、電池用部材の製造終了時に固体電解質のスラリーを含浸処理槽の外部に排出できる排出用配管及びポンプ等を有する排出機構とを備えることができる（図示しない）。
［配置機構］
本実施形態に係る電池用部材の製造装置は、三次元構造を有する基材を前記含浸処理槽内に配置する配置機構を備えている（図１（ａ）、図１（ｃ）、図２（ａ）、図２（ｃ）、図３（ａ）及び図３（ｃ）参照）。このような配置機構の一実施形態として、例えば、三次元構造を有する基材の長手方向または短手方向の少なくともいずれか一端を挟持する第１の固定具と、三次元構造を有する基材及び第１の固定具を含浸処理槽内に保持したまま固定できる第２の固定具とを少なくとも有し、第１の固定具と第２の固定具が連結されている配置機構が挙げられる（図１（ａ）、図１（ｃ）、図２（ａ）及び図２（ｃ）参照）。固定具を用いて含浸処理槽内に基材を配置する場合においては、均一な固体電解質スラリーの含浸の観点から、基材の長手方向または短手方向の両端に固定具を用いて配置することが好ましい。
配置機構の別の実施形態として、例えば、三次元構造を有する基材を含浸処理槽に供給するための供給ロールと、供給ロールから一定の送り出し速度で基材を送り出し、任意の時間または位置で停止することができる供給ロール制御機構とを少なくとも有する配置機構を採用することもできる（図３（ａ）参照）。このような配置機構とした場合には、固定具を用いることなく基材を含浸処理槽内に配置することができる。なお、供給ロールから送り出した側の基材の一端に固定具を用いて含浸処理槽内に配置してもよい。
また、配置機構は、例えば、第１の固定具と第２の固定具の少なくともいずれかにおいて、一方でワイヤーを送出しながら他方でワイヤーを回収することで、三次元構造を有する基材の移動を可能とする、移動機構も有することも好ましい（図２（ａ）及び図２（ｃ）参照）。三次元構造を有する基材が移動機構によって含浸処理槽内を移動できるように配置される場合においては、三次元構造を有する基材は含浸処理槽の底面に対して略平行方向に移動できることが好ましい。移動機構はまた、モータ、チェーン及びスプロケットからなる機構であってもよい。
本実施形態に係る電池用部材の製造装置が備えている配置機構は、含浸処理槽の外部に配置機構を固定する際において、配置機構の表裏を反転させるだけで容易に三次元構造を有する基材の表面と裏面を入れ替えて固定できる構造を有していることが好ましい（図１（ｂ）及び図２（ｂ）参照）。例えば、固体電解質スラリーに含浸される面と対向する面の表面まで含浸が完了したときに、第２の固定具を含浸処理槽から取り外し、浸漬面の表裏を入れ替えた後、再度第２の固定具を含浸処理槽に取り付ける。あるいは、第２の固定具を含浸処理槽から取り外したのち、基材の固定機構全体を処理槽に対して回転させた後、再度第２の固定具を含浸処理槽に取り付けることで三次元構造を有する基材の浸漬面の上下を反転させてもよい。
本実施形態に係る電池用部材が備える配置機構は、前記基材の長手方向と前記含浸処理槽の底面とが略平行になるように前記三次元構造を有する基材を前記含浸処理槽内に配置できることが好ましい。これにより、ディップ含浸処理を行う電池用部材の製造装置と比較して、含浸処理槽の底を浅くすることができる。そのため、固体電解質スラリーの必要量を低減でき、固体電解質スラリーの凝集やそれによって生じる組成の不均一化を抑制し、製造コストも低減できる電池用部材の製造装置を提供することができる。
また、本実施形態に係る電池用部材が備える配置機構は、三次元構造を有する基材について、含浸処理槽の底面に対向する基材の裏面側が固体電解質スラリー中に浸漬されかつ前記基材の表面側が露出する状態で、含浸処理槽に配置できることが好ましい（図１（ａ）、図１（ｃ）、図２（ａ）、図２（ｃ）、図３（ａ）及び図３（ｃ）参照）。
本実施形態に係る電池用部材の製造装置に適用可能な三次元構造を有する基材は、電池用部材の製造方法で挙げた材料を好適に適用可能である。なお、供給ロールを用いて基材を含浸処理槽内へ送り出す場合においては基材の送り出し及び固体電解質スラリーへの接触や含浸等により、基材に折れや曲がり、破損等が生じない材質であることが好ましい。このような材質であることで、均一かつ短時間で固体電解質スラリーを含浸することができる。
［供給機構］
本実施形態に係る電池用部材の製造装置は、含浸処理槽内に配置された三次元構造を有する基材に対して、固体電解質スラリーを流動させて供給することにより、前記固体電解質スラリーを前記基材に含浸させる供給機構を備える。上記供給機構は、公知の機構を備えることができる。本実施形態に係る電池用部材の製造装置においては、例えば、固体電解質のスラリーを保持するタンクと、固体電解質スラリーを含浸処理槽に供給するための供給配管５と、配管を通して固体電解質のスラリーを含浸処理槽に輸送するためのポンプと、を備えることができる（供給配管の一部を除いて図示しない）。
上記供給機構は、含浸処理槽の底面に対向する基材の裏面側が固体電解質スラリー中に浸漬され、かつ前記基材の表面側が露出する状態で、固体電解質スラリーを基材に対して流動させて供給できることが好ましい。これにより、ディップ含浸処理を行う電池用部材の製造装置と比較すると、圧力勾配と毛細管現象により、エアーを高速かつ効果的に置換除去しながら固体電解質スラリーを急速かつ均一に、三次元構造を有する基材に含浸させることができる。
なお、上記供給機構には、固体電解質スラリーを含浸処理槽に供給しながら、含浸処理槽内を一定方向に固体電解質スラリーを流動できる機構を有してもよい。そのような機構は公知の機構を採用できる。例えば、含浸処理槽の底部に攪拌羽を設置しモータ及び制御装置により一定の速度で回転させる機構や、配管及びポンプ等を別途含浸処理槽に接続し固体電解質スラリーを循環させる機構等が挙げられる。これにより、固体電解質のスラリー中に分散している粒子の凝集等により生じる組成の不均一化をより低減ないし抑制できるので、含浸処理に生じる製造コストを抑えかつ安定して高品質な電池用部材を製造できる電池用部材の製造装置を提供できる。
本実施形態に係る電池用部材の製造装置は、固体電解質シートの他、三次元構造を有する基材やスラリーを適宜調整することにより、上記実施形態に限定されるものではなく、正極層や負極層の製造に用いることもできる。
１ 電池用部材
２ 三次元構造を有する基材
３ 含浸処理槽
４ 固体電解質スラリー
５ 供給配管
１０、２０、３０ 電池用部材の製造装置
１１、２１ 第１の固定具
１２、２２ 第２の固定具
３３ 供給ロール
Ｆ 固体電解質スラリーの流れる方向
Ｍ 三次元構造を有する基材の移動方向

Claims (6)

  1. 三次元構造を有する基材を含浸処理槽内に配置する第１工程と、
    前記含浸処理槽内に配置された前記基材に対して固体電解質スラリーを一定方向の流動を生じさせながら供給することにより、前記固体電解質スラリーを前記基材に含浸させる第２工程と、を備え、
    前記第２工程では、前記含浸処理槽の底面に対向する前記基材の裏面側が前記固体電解質スラリー中に浸漬され且つ前記基材の表面側が露出する状態で、前記基材に対して前記固体電解質スラリーを流動させて供給する、電池用部材の製造方法。
  2. 前記第１工程では、前記基材の長手方向と前記含浸処理槽の底面とが略平行となるように前記基材を配置する、請求項１に記載の電池用部材の製造方法。
  3. 前記第２工程では、前記基材を、前記含浸処理槽の底面に対し略平行に移動させながら前記固体電解質スラリーを前記基材に含浸させる、請求項１又は２に記載の電池用部材の製造方法。
  4. 固体電解質スラリーを収容する含浸処理槽と、
    三次元構造を有する基材を前記含浸処理槽内に配置する配置機構と、
    前記含浸処理槽内に配置された前記基材に対して前記固体電解質スラリーを一定方向の流動を生じさせながら供給することにより、前記固体電解質スラリーを前記基材に含浸させる供給機構と、を備え、
    前記供給機構は、前記含浸処理槽の底面に対向する前記基材の裏面側が前記固体電解質スラリー中に浸漬され且つ前記基材の表面側が露出する状態で、前記基材に対して前記固体電解質スラリーを流動させて供給する、電池用部材の製造装置。
  5. 前記配置機構は、前記基材の長手方向と前記含浸処理槽の底面とが略平行になるように前記基材を前記含浸処理槽内に配置する、請求項４に記載の電池用部材の製造装置。
  6. 前記配置機構は、前記基材を前記含浸処理槽の底面に対し略平行に移動させる移動機構を有する、請求項４又は５に記載の電池用部材の製造装置。
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