(57)【要約】【課題】製造時に集電体間の短絡を防止して、効率良く積層型電池に積層される電池構造体を得る積層型固体電解質電池の製造方法を提供する。【解決手段】第１及び第２の集電箔間に少なくとも正電極、固体電解質及び負電極を有する積層体を、正電極側及び負電極側に配置された２つの切断刃のかみ合わせにより切断して電池構造体を得る、固体電解質電池の製造方法であって、前記２つの切断刃の刃面同士が電解質層内で接触することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の集電箔間に少なくとも正電極、固体電解質及び負電極を有する積層体を、正電極側及び負電極側に配置された２つの切断刃のかみ合わせにより切断して電池構造体を得る、固体電解質電池の製造方法であって、前記２つの切断刃の刃面同士が電解質層内で接触することを特徴とする固体電解質電池の製造方法。
【請求項２】
前記切断刃による切断に先立って、レーザを用いて集電箔を切断する、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集電箔間に少なくとも固体電解質及び電極を有する電池構造部材が積層された固体電解質電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、積層型電池に対する需要が高まっており、大量の積層型電池を効率よく短時間で製造する方法が求められている。積層型電池を効率よく製造する方法として、集電体間に、正電極、電解質及び負電極と、これらの電極及び電解質を覆う絶縁体からなる電池構造体が連続形成された薄肉で帯状の被切断体を製造し、この被切断体に切断刃を下降させることにより、積層型電池に積層される電池構造体を得る方法が考えられている。
【０００３】
しかしながら、被切断体の切断の際に、最初に切断される一方の集電箔が切断刃から押下力を受けて曲げ変形するおそれがある。そして、一方の集電箔が曲げ変形した状態で切断刃をさらに下降させると、一方の集電箔の曲げ部及び他方の集電箔が接触して、短絡を起こすおそれがある。
【０００４】
ここで、切断刃による切断の際に積層型電池における短絡を防止する方法として、本切断に先立って集電箔を仮切断し、仮切断した切断面に絶縁処理を施す方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０５３１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法では、端部変形による正極／負極間に短絡が生ずるというリスクがある。
【０００７】
そこで、本願発明は、製造時に集電体間の短絡を防止して、効率良く積層型電池に積層される電池構造体を得る積層型固体電解質電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本願発明によれば、第１及び第２の集電箔間に少なくとも正電極、固体電解質及び負電極を有する積層体を、正電極側及び負電極側に配置された２つの切断刃のかみ合わせにより切断して電池構造体を得る、固体電解質電池の製造方法であって、前記２つの切断刃の刃面同士が電解質層内で接触することを特徴とする方法が提供される。
【０００９】
また、前記切断刃による切断に先立って、レーザを用いて集電箔を切断することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明によれば、被切断体を切断する際に２つの切断刃の刃面同士を電解質層内で接触させているため、集電箔同士が接触して短絡するリスクを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の固体電解質電池の製造工程の概略図である。
【図２】図１の製造工程の停止位置Ｔ８における拡大図である。
【図３】レーザ光により集電箔を切断する工程の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を図面を参照して説明する。ここでは、積層型電池としてのバイポーラ型電池の製造方法について説明する。ここで、図１は、本実施例のバイポーラ型電池の製造方法を有効に実施するための製造工程の概略図である。なお、図１では、説明を容易にするために連続電池構造体１における負極層１３、固体電解質層１４及び正極層１５を露出させた状態で図示しているが（断面図）、実際には絶縁材料によって覆われている。
【００１３】
本実施例のバイポーラ型電池の製造方法の概略構成は、集電箔（集電体）１１、１２間に、負極層１３、固体電解質層１４及び正極層１５を積層して、これらの積層体の周囲を絶縁層６で覆った電池構造体２を集電箔１１、１２の平面方向に連続形成した連続電池構造体（被切断体）１を、所定位置（絶縁層６が形成された領域）で切断して、バイポーラ型電池に積層される電池構造体２を得るバイポーラ型電池の製造方法であり、連続電池構造体１を２つの切断刃３７及び３８で切断することを特徴としている。
【００１４】
図１において、集電箔供給ローラ２３には集電箔１１が巻き回されており、集電箔供給ローラ２３から送り出された集電箔１１は、ガイドローラ２４にガイドされながら、搬送コンベア２５（搬送手段）の搬送面に進入し、矢印Ｘ方向に搬送される。搬送コンベア２５は、無端回動式のベルトコンベアであり、不図示の搬送動作制御回路によって、駆動・停止が制御される。
【００１５】
図１のＴ１〜Ｔ８は、集電箔１１上に形成される絶縁層６の停止位置を示しており、該搬送動作制御回路は、絶縁層６が停止位置Ｔ１〜Ｔ８にて所定時間停止されるように、搬送コンベア２５を間欠駆動する。なお、隣接する各停止位置の間隔は、全て同じに設定されている。また、集電箔１１の材料としては、アルミニウム箔、ステンレス箔、銅箔を例示できる。
【００１６】
（ステップＳ１０１）
停止位置Ｔ１には、インクジェットヘッドで構成される第１の絶縁材供給部３１が設けられており、この第１の絶縁材供給部３１から噴射された絶縁材料によって集電箔１１上に平面視矩形の下絶縁層６ａが形成される。ここで、下絶縁層６ａに用いられる材料としては、ポリエチレン、ポリセロ、ポリプロピレン、コーテッドポリエステル、ナイロン、コーテッドポリプロピレン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニリデン、ポリイミドを例示できる。なお、後述する中絶縁層６ｂ及び上絶縁層６ｃについても、下絶縁層６ａと同じ材料を使用することができる。また、第１の絶縁材供給部３１によるインクジェット方式に代えて、スプレー印刷、静電噴霧、スパッタリングを用いて下絶縁層６ａを形成してもよい。
【００１７】
（ステップＳ１０２）
停止位置Ｔ２には、インクジェットヘッドで構成される第２の絶縁材供給部３２が設けられており、第２の絶縁材供給部３２から噴射された絶縁材料によって下絶縁層６ａ上に平面視矩形の中絶縁層６ｂが形成される。ここで、中絶縁層６ｂは、矢印Ｘ方向の寸法が下絶縁層６aよりも小さく設定されており、下絶縁層６aの上面における左右（矢印Ｘ方向）両側の領域は、中絶縁層６ｂが形成されていない中絶縁層非形成領域６１aとなっている。なお、第２の絶縁材供給部３２によるインクジェット方式に代えて、スプレー印刷、静電噴霧、スパッタリングを用いて中絶縁層６ａを形成してもよい。
【００１８】
（ステップＳ１０３）
停止位置Ｔ２とＴ３との間には、インクジェットヘッドで構成される正極層供給部３３が矢印Ｘ１方向に往復移動可能に設けられており、この正極層供給部３３から噴射された正極層材料によって、停止位置Ｔ２及びＴ３にてそれぞれ停止している下絶縁層６ａ間の集電箔１１上に平面視矩形の正極層１５を形成する。ここで、正極層１５に用いられる正極活物質としては、スピネルＬｉＭｎ２Ｏ４、溶液系のリチウムイオン電池で使用される遷移金属とリチイウムの複合酸化物を例示できる。具体的には、ＬｉＣｏＯ２などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ２Ｏ４などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物を例示できる。この他、ＬｉＦｅＰＯ４などの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物；Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＭｏＯ３などの遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨなどを使用することもできる。また、正極活物質にポリマー、重合開始剤、導電助剤、溶媒を混合してもよい。なお、正極層供給部３３によるインクジェット方式に代えて、スプレー印刷、静電噴霧、スパッタリングを用いて正極層１５を形成してもよい。
【００１９】
（ステップＳ１０４）
停止位置Ｔ３とＴ４との間には、インクジェットヘッドで構成される電解質層供給部３４が矢印Ｘ２方向に往復移動可能に設けられており、この電解質層供給部３４から噴射された電解質材料によって、停止位置Ｔ３及びＴ４にそれぞれ停止している下絶縁層６ａの中絶縁層非形成領域６１aと正極層１５上に平面視矩形の固体電解質層１４が形成される。ここで、固体電解質層１４のイオン導電性物質としては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシドを例示できる。粉末状のイオン導電性物質に粘性バインダーを混合することもできる。この粘性バインダーとしては、ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）、メチルセルロース、ニトロセルロース、エチルセルロースを例示できる。このように粘性バインダーを混合することにより、固体電解質層１４の強度を増すことができる。なお、電解質層供給部３４によるインクジェット方式に代えて、スプレー印刷、静電噴霧、スパッタリングを用いて固体電解質層１４を形成してもよい。
【００２０】
（ステップＳ１０５）
停止位置Ｔ５には、インクジェットヘッドで構成される第３の絶縁材供給部３５が設けられており、第３の絶縁材供給部３５から噴射された絶縁材料によって中絶縁層６ｂ上に平面視矩形状の上絶縁層６ｃが形成される。ここで、上絶縁層６ｃの矢印Ｘ方向の寸法は、中絶縁層６ｂよりも大きく、下絶縁層６ａと同じに設定されている。したがって、上絶縁層６ｃは、停止位置Ｔ４、Ｔ５間及び停止位置Ｔ５、Ｔ６間で停止している固定電解質層１４上にも部分的に形成されている。なお、第３の絶縁材供給部３５によるインクジェット方式に代えて、スプレー印刷、静電噴霧、スパッタリングを用いて上絶縁層６ｃを形成してもよい。
【００２１】
（ステップＳ１０６）
停止位置Ｔ５とＴ６との間には、インクジェットヘッドで構成される負極層供給部３６が矢印Ｘ３方向に往復移動可能に設けられており、この負極層供給部３６から噴射された負極層材料によって、停止位置Ｔ２及びＴ３にてそれぞれ停止している上絶縁層６ｃ間の固体電解質層１４上に負極層１３が形成される。ここで、負極層１３を構成する負極活物質としては、遷移金属酸化物、遷移金属とリチウムの複合酸化物、チタンの酸化物、チタンとリチウムとの複合酸化物を例示できる。また、負極活物質にポリマー、重合開始剤、導電助剤、溶媒を混合して負極層１３の材料としてもよい。なお、負極層供給部３６によるインクジェット方式に代えて、スプレー印刷、静電噴霧、スパッタリングを用いて負極層１３を形成してもよい。
【００２２】
（ステップＳ１０７）
停止位置Ｔ６とＴ７との間には、集電箔１２を巻き回した集電箔供給ローラ２６が設けられており、集電箔供給ローラ２６から送り出された集電箔１２は、ガイドローラ２７を介して、負極層１３及び上絶縁層６ｃ上に供給される。負極層１３及び上絶縁層６ｃ上に集電箔１２が供給されることにより、連続電池構造体１が製造され、この連続電池構造体１は停止位置Ｔ６からＴ７に移動しながら、押圧ローラ２８、２９に押圧される。集電箔１２の材料は、集電箔１１と同じである。
【００２３】
（ステップＳ１０８）
停止位置Ｔ８には、連続電池構造体１から電池構造体２を切り離すための切断を行う切断部２１が設けられている。この切断部２１は、不図示の昇降装置によって２つの切断刃３７及び３８が昇降駆動され、連続電池構造体１が停止（搬送コンベア２５が停止）しているときに昇降して、噛み合い、連続電池構造体１を切断する。
【００２４】
ここで、２つの切断刃による連続電池構造体１の切断を図２において詳細に説明する。停止位置Ｔ８において、連続電池構造体１が停止すると、２つの切断刃３７及び３８が昇降駆動され昇降して、噛み合い、連続電池構造体１を切断する。この際、２つの切断刃３７及び３８は、刃面同士が電解質層１４内で接触するよう制御されている。なお、図１では、連続電池構造体１の１箇所のみで切断を行っているが、図２に示すように、連続電池構造体１の上下面を押さえ冶具３９で支え、両側から切断してもよい。
【００２５】
この切断刃による切断を行う前に、図３に示すように、レーザ光４０により集電箔１１及び１２のみを裁断し、次いで切断刃３７及び３８により、上記のように切断を行うことが好ましい。ここで、高エネルギーのレーザ光で金属性の集電箔を溶断する場合、溶断金属部分が塊状になり、電池構造によっては短絡を起こす要因となるため、最小限のエネルギーで金属集電箔を裁断することが好ましい。レーザ光としては、金属箔、セラミック（活物質、電解質）に対して吸収係数が高く、高出力化が可能な炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザを用いることが好ましい。このように、電極端部の変形がしにくいレーザ光で集電箔をあらかじめ裁断しておくことにより、短絡を確実に防止することができる。
【００２６】
最後に、連続電池構造体１の端部を、絶縁材料、例えば下絶縁層６ａに用いられる樹脂により絶縁処理される。そして切断された各電池構造体２は順次積層され、不図示のプレス装置でプレスされることにより、バイポーラ型電池が製造される。
【００２７】
上述の実施例では、集電箔１１、１２を同じ金属で構成したが、本願発明は、集電箔１１、１２を異なる金属で構成したバイポーラ型ではない積層型電池にも適用することができる。また、絶縁層６が無く、集電箔１１、１２間に負極層１３、固体電解質層１４及び正極層１５が連続形成された連続電池構造体（被切断体）を所定の位置で切断する方法にも本願発明は適用することができる。この場合、切断後に、負極層１３、固体電解質層１４及び正極層１５を絶縁層で覆うことが好ましい。さらに、実施例では連続電池構造体１を切断しているが、本発明の方法は、中型、大型サイズの電池構造体から、電池設計の任意の所望電池サイズに裁断する場合にも用いることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１    連続電池構造体
２    電池構造体
６    絶縁層
Ｔ１〜Ｔ９    停止位置
１１、１２    集電箔
１３    負極層
１４    固体電解質層
１５    正極層
２１    切断部
２３、２６    集電箔供給ローラ
２４、２７    ガイドローラ
２５    搬送コンベア
２８、２９    押圧ローラ
３１    第１の絶縁材供給部
３２    第２の絶縁材供給部
３３    正極層供給部
３４    電解質層供給部
３５    第３の絶縁材供給部
３６    負極層供給部
３７、３８    切断刃
３９    押さえ冶具
４０    レーザ光
【図１】
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【図２】
2014127260.tif 000004
【図３】
2014127260.tif 000005