(57)【要約】【課題】入れ子構造を有する高品質および高性能の三次元電池を製造する。【解決手段】セパレータ部材５１が上流側搬送台２５の凹凸形状に追従した凹凸形状に成形される。そして、凹凸形状に成形されたセパレータ部材５１の一方主面に形成される凹部に負極活物質材料を供給して負極活物質層５２が形成されるとともに、セパレータ部材５１の他方主面に形成される凹部に正極活物質材料を供給して正極活物質層５６が形成される。こうして、入れ子構造の負極５４、正極５８を有する三次元電池が得られ、電池の品質および性能を高めることができる。【選択図】図２
2014006965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
(a)以下の配置条件(a-1)〜(a-3)を満足するように、互いに平行な複数の線状突起部が形成されて凹凸形状を有する第１型部材と、互いに平行な複数の突起部を有する第２型部材とを配置する配置工程と、
(a-1)前記第１型部材が前記線状突起部をセパレータ部材の第１主面に向けた状態で前記セパレータ部材の前記第１主面側に位置する、
(a-2)前記第２型部材が前記突起部を前記第１主面と反対の前記セパレータ部材の第２主面に向けた状態で前記セパレータ部材の前記第２主面側に位置する、
(a-3)前記第２型部材の突起部が前記第１型部材の凹部に前記セパレータ部材を介して対向する、
(b)配置工程後に、前記第１型部材および前記第２型部材により前記セパレータ部材を挟み込んで前記セパレータ部材を凹凸形状に成形する成形工程と、
(c)前記第２型部材から離間した前記セパレータ部材の前記第２主面に形成される凹部に第１活物質材料を供給する第１電極形成工程と、
(d)前記第１電極形成工程後に、前記第１型部材が離型されて前記セパレータ部材の前記第１主面に形成される凹部に第２活物質材料を供給する第２電極形成工程と、
を備えることを特徴とする電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電池の製造方法であって、
前記第１電極形成工程(c)は、凹凸形状に成形された前記セパレータ部材の前記第１主面を前記第１型部材で支持しながら前記第１活物質材料の供給を行う工程である電池の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電池の製造方法であって、
前記第１電極形成工程(c)は、
(c-1)前記セパレータ部材の前記第２主面のうち凸部の頂部を露出させたまま凹部に前記第１活物質材料を供給して第１活物質層を形成する工程と、
(c-2)前記頂部および前記第１活物質層に第１集電体を形成する工程と
を有する電池の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の電池の製造方法であって、
前記第１電極形成工程(c)は、
(c-1)前記セパレータ部材の前記第２主面全体に前記第１活物質材料を供給して第１活物質層を形成する工程と、
(c-2)前記第１活物質層上に第１集電体を形成する工程と
を有する電池の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の電池の製造方法であって、
前記第２電極形成工程(d)は、
(d-1)前記セパレータ部材の前記第１主面のうち凸部の頂部を露出させたまま凹部に前記第２活物質材料を供給して第２活物質層を形成する工程と、
(d-2)前記頂部および前記第２活物質層に第２集電体を形成する工程と
を有する電池の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の電池の製造方法であって、
前記第２電極形成工程(d)は、
(ｄ-1)前記セパレータ部材の前記第１主面全体に前記第２活物質材料を供給して第２活物質層を形成する工程と、
(d-2)前記第２活物質層上に第２集電体を形成する工程と
を有する電池の製造方法。
【請求項７】
(a)互いに平行な複数の線状突起部を有する第１型部材の凹凸面に固体電解質材料を供給する電解質供給工程と、
(b)前記電解質供給工程後に、以下の配置条件(b-1)を満足するように互いに平行な複数の突起部を有する第２型部材を配置し、前記第１型部材とで前記固体電解質材料を挟み込んで凹凸形状の固体電解質層に成形する成形工程と、
(b-1)前記第２型部材の前記突起部が前記第１型部材の凹部に対向する、
(c)前記第２型部材から離間した前記固体電解質層の第２主面に形成される凹部に第１活物質材料を供給する第１電極形成工程と、
(d)前記第１電極形成工程後に、前記第１型部材が離型されて前記固体電解質層の前記第１主面に形成される凹部に第２活物質材料を供給する第２電極形成工程と
を備えることを特徴とする電池の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の電池の製造方法であって、
前記第１電極形成工程(c)は、凹凸形状に成形された前記固体電解質層の前記第１主面を前記第１型部材で支持しながら前記第１活物質材料の供給を行う工程である電池の製造方法。
【請求項９】
請求項７または８に記載の電池の製造方法であって、
前記第１電極形成工程(c)は、
(c-1)前記固体電解質層の前記第２主面のうち凸部の頂部を露出させたまま凹部に前記第１活物質材料を供給して第１活物質層を形成する工程と、
(c-2)前記頂部および前記第１活物質層に第１集電体を形成する工程と
を有する電池の製造方法。
【請求項１０】
請求項７または８に記載の電池の製造方法であって、
前記第１電極形成工程(c)は、
(c-1)前記固体電解質層の前記第２主面全体に前記第１活物質材料を供給して第１活物質層を形成する工程と、
(c-2)前記第１活物質層上に第１集電体を形成する工程と
を有する電池の製造方法。
【請求項１１】
請求項７ないし１０のいずれか一項に記載の電池の製造方法であって、
前記第２電極形成工程(d)は、
(d-1)前記固体電解質層の前記第１主面のうち凸部の頂部を露出させたまま凹部に前記第２活物質材料を供給して第２活物質層を形成する工程と、
(d-2)前記頂部および前記第２活物質層に第２集電体を形成する工程と
を有する電池の製造方法。
【請求項１２】
請求項７ないし１０のいずれか一項に記載の電池の製造方法であって、
前記第２電極形成工程(d)は、
(ｄ-1)前記固体電解質層の前記第１主面全体に前記第２活物質材料を供給して第２活物質層を形成する工程と、
(d-2)前記第２活物質層上に第２集電体を形成する工程と
を有する電池の製造方法。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の電池の製造方法であって、
前記第１型部材は平板状の第１型基材から前記複数の線状突起部を突出させた櫛歯状金型であるとともに、前記第２型部材は平板状の第２型基材から前記複数の突起部を突出させた櫛歯状金型であり、
前記成形工程(b)は、前記第１型部材および前記第２型部材を互いに噛み合うように近接させて成形する工程である電池の製造方法。
【請求項１４】
請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の電池の製造方法であって、
前記第１型部材は平板状の第１型基材から前記複数の線状突起部を突出させた櫛歯状金型である一方、前記第２型部材は円筒状または円柱状の第２型基材の外周面に各突起部を円環状に突出させたドラム状金型であり、
前記成形工程は、前記第２型部材を軸心周りに回転させながら前記第２型部材に対して前記第１型部材を相対的に移動させるとともに、前記第２型部材の前記複数の突起部をそれぞれ対応する前記第１型部材の凹部に進入させて成形する工程である電池の製造方法。
【請求項１５】
互いに平行な複数の線状突起部が形成されて凹凸形状を有する第１型部材と、互いに平行な複数の突起部を有する第２型部材を有し、前記第２型部材の突起部を前記第１型部材の凹部にセパレータ部材を介して対向させた状態で前記第１型部材および前記第２型部材により前記セパレータ部材を挟み込んで前記セパレータ部材を凹凸形状に成形する成形部と、
凹凸形状に成形された前記セパレータ部材の一方主面の凹部に第１活物質材料を供給する第１活物質供給部と、
凹凸形状に成形された前記セパレータ部材の他方主面の凹部に第２活物質材料を供給する第２活物質供給部と
を備えることを特徴とする電池製造装置。
【請求項１６】
互いに平行な複数の線状突起部が形成されて凹凸形状を有する第１型部材、前記第１型部材の凹凸面に固体電解質材料を供給する電解質供給機構、および互いに平行な複数の突起部を有する第２型部材を有し、前記固体電解質材料が供給された前記第１型部材の凹部に対して前記第２型部材の突起部を対向させた状態で前記第１型部材および前記第２型部材により前記固体電解質材料を挟み込んで凹凸形状の固体電解質層に成形する成形部と、
前記固体電解質層の一方主面の凹部に第１活物質材料を供給する第１活物質供給部と、
前記固体電解質層の他方主面の凹部に第２活物質材料を供給する第２活物質供給部と
を備えることを特徴とする電池製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、負極、電解液が注入されたセパレータ（または固体電解質層）および正極で構成される電池を製造する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１では、正極、セパレータおよび負極を重ね合わせて積層してなる平板状の電極群を含む積層型リチウムイオン二次電池が記載されている。正極は正極集電体および正極活物質層で構成され、負極は負極集電体および負極活物質層で構成されている。正極および負極は、セパレータを挟んで正極活物質層と負極活物質層とが対向するように、配置されている。このように構成された電極群は外装ケースの開口部から外装ケースの内部に挿入された後に外装ケース内に電解質が注入される。その後、外装ケースの内部を真空減圧しながら開口部が溶着される。こうして、リチウムイオン二次電池の製造が完了する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６９５１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電流は正極活物質層および負極活物質層におけるリチウムイオンの挿入・脱離によって実現される。このため、電流の大きさは電解質と活物質との接触面積の影響を受ける。つまり、接触面積の増大が電流量の増大に寄与する。そこで、活物質層を凹凸形状に仕上げて接触面積を高めることが提案されている。この場合、問題となるのがセパレータの形状および成形である。すなわち、セパレータは一般的には平坦な形状を有しているが、次のような理由から活物質層の凹凸形状に追従した凹凸形状にセパレータを加工する必要がある。その理由は以下の通りである。
【０００５】
従来より提案されている電池では、正極および負極のいずれもが櫛歯状の一連の平行凸部を有する構造を持ち、一定の隙間を保ちながら噛み合うように配置されている。したがって、当該電池では、正極および負極の隙間にセパレータを介在させる構造を採用する必要がある。しかも、電解質の内部抵抗やイオン移動距離の低減を実現するためには、セパレータを正極および負極の凹凸形状に対応した凹凸形状に仕上げる必要がある。そして、当該セパレータを介して正極および負極が互いに噛み合うことで、入れ子構造を有する三次元電池が得られる。また、負極、固体電解質層および正極で構成される電池についても、入れ子構造に仕上げて電池の三次元化を図る提案がなされている。
【０００６】
しかしながら、このような入れ子構造を有する三次元電池を良好に製造する製造技術は未だ確立されていない。
【０００７】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、入れ子構造を有する高品質および高性能の三次元電池を製造する技術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】
この発明にかかる電池の製造方法の第１態様は、上記目的を達成するため、(a)以下の配置条件(a-1)〜(a-3)を満足するように、互いに平行な複数の線状突起部が形成されて凹凸形状を有する第１型部材と、互いに平行な複数の突起部を有する第２型部材とを配置する配置工程と、(a-1)第１型部材が線状突起部をセパレータ部材の第１主面に向けた状態でセパレータ部材の第１主面側に位置する、(a-2)第２型部材が突起部を第１主面と反対のセパレータ部材の第２主面に向けた状態でセパレータ部材の第２主面側に位置する、(a-3)第２型部材の突起部が第１型部材の凹部にセパレータ部材を介して対向する、(b)配置工程後に、第１型部材および第２型部材によりセパレータ部材を挟み込んでセパレータ部材を凹凸形状に成形する成形工程と、(c)第２型部材から離間したセパレータ部材の第２主面に形成される凹部に第１活物質材料を供給する第１電極形成工程と、(d)第１電極形成工程後に、第１型部材が離型されてセパレータ部材の第１主面に形成される凹部に第２活物質材料を供給する第２電極形成工程と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
また、この発明にかかる電池製造装置の第１態様は、上記目的を達成するため、互いに平行な複数の線状突起部が形成されて凹凸形状を有する第１型部材と、互いに平行な複数の突起部を有する第２型部材を有し、第２型部材の突起部を第１型部材の凹部にセパレータ部材を介して対向させた状態で第１型部材および第２型部材によりセパレータ部材を挟み込んでセパレータ部材を凹凸形状に成形する成形部と、凹凸形状に成形されたセパレータ部材の一方主面の凹部に第１活物質材料を供給する第１活物質供給部と、凹凸形状に成形されたセパレータ部材の他方主面の凹部に第２活物質材料を供給する第２活物質供給部とを備えることを特徴としている。
【００１０】
このように構成された発明では、第２型部材の突起部が第１型部材の凹部にセパレータ部材を介して対向したまま第１型部材および第２型部材がセパレータ部材を挟み込み、セパレータ部材を第１型部材の凹凸形状に追従した凹凸形状に成形する。こうして凹凸形状に成形されたセパレータ部材の一方側の主面（第２主面、一方主面）の凹部に第１活物質材料が供給されて第１電極が形成される。また、第１電極が形成されたセパレータ部材の他方側の主面（第１主面、他方主面）の凹部に第２活物質材料が供給されて第２電極が形成される。その結果、第１電極および第２電極のいずれについても入れ子構造を有することとなる。
【００１１】
ここで、第１電極を形成するにあたっては、凹凸形状に成形されたセパレータ部材の第１主面を第１型部材で支持しながら第１活物質材料の供給を行うように構成してもよい。この場合、第１活物質材料の供給の間、セパレータ部材が第１型部材で支持されているため、当該供給を安定して行うことができる。
【００１２】
また、第１活物質材料で構成される第１活物質層と第１集電体とで第１電極を構成する場合、第１活物質層および第１集電体を次のような２つの態様で形成してもよい。例えばセパレータ部材の第２主面のうち凸部の頂部を露出させたまま凹部に第１活物質材料を供給して第１活物質層を形成した後、上記頂部および第１活物質層に第１集電体を形成してもよい。また、セパレータ部材の第２主面全体に第１活物質材料を供給して第１活物質層を形成した後、第１活物質層上に第１集電体を形成してもよい。
【００１３】
また、第２活物質材料で構成される第２活物質層と第２集電体とで第２電極を構成する場合も、上記第１電極と同様に構成してもよい。例えばセパレータ部材の第１主面のうち凸部の頂部を露出させたまま凹部に第２活物質材料を供給して第２活物質層を形成した後、頂部および第２活物質層に第２集電体を形成してもよい。また、セパレータ部材の第１主面全体に第２活物質材料を供給して第２活物質層を形成した後、第２活物質層上に第２集電体を形成してもよい。
【００１４】
この発明にかかる電池の製造方法の第２態様は、上記目的を達成するため、(a)互いに平行な複数の線状突起部を有する第１型部材の凹凸面に固体電解質材料を供給する電解質供給工程と、(b)電解質供給工程後に、以下の配置条件(b-1)を満足するように互いに平行な複数の突起部を有する第２型部材を配置し、第１型部材とで固体電解質材料を挟み込んで凹凸形状の固体電解質層に成形する成形工程と、(b-1)第２型部材の突起部が第１型部材の凹部に対向する、(c)第２型部材から離間した固体電解質層の第２主面に形成される凹部に第１活物質材料を供給する第１電極形成工程と、(d)第１電極形成工程後に、第１型部材が離型されて固体電解質層の第１主面に形成される凹部に第２活物質材料を供給する第２電極形成工程とを備えることを特徴としている。
【００１５】
また、この発明にかかる電池製造装置の第２態様は、上記目的を達成するため、互いに平行な複数の線状突起部が形成されて凹凸形状を有する第１型部材、第１型部材の凹凸面に固体電解質材料を供給する電解質供給機構、および互いに平行な複数の突起部を有する第２型部材を有し、固体電解質材料が供給された第１型部材の凹部に対して第２型部材の突起部を対向させた状態で第１型部材および第２型部材により固体電解質材料を挟み込んで凹凸形状の固体電解質層に成形する成形部と、固体電解質層の一方主面の凹部に第１活物質材料を供給する第１活物質供給部と、固体電解質層の他方主面の凹部に第２活物質材料を供給する第２活物質供給部とを備えることを特徴としている。
【００１６】
このように構成された発明では、固体電解質材料が供給された第１型部材の凹凸面のうち凹部に対して第２型部材の突起部が対向した状態で第１型部材および第２型部材が固体電解質材料を挟み込んで第１型部材の凹凸形状に追従した凹凸形状を有する固体電解質層を形成する。そして、固体電解質層の一方側の主面（第２主面、一方主面）の凹部に第１活物質材料が供給されて第１電極が形成される。また、第１電極が形成された固体電解質層の他方側の主面（第１主面、他方主面）の凹部に第２活物質材料が供給されて第２電極が形成される。その結果、第１電極および第２電極のいずれについても入れ子構造を有することとなる。
【００１７】
ここで、第１電極を形成するにあたっては、凹凸形状に成形された固体電解質層の第１主面を第１型部材で支持しながら第１活物質材料の供給を行うように構成してもよい。この場合、第１活物質材料の供給の間、固体電解質層が第１型部材で支持されているため、当該供給を安定して行うことができる。
【００１８】
また、第１活物質材料で構成される第１活物質層と第１集電体とで第１電極を構成する場合、第１活物質層および第１集電体を上記した第１態様にかかる発明と同様の態様で形成してもよい。また、第２活物質材料で構成される第２活物質層と第２集電体とで第２電極を構成する場合も、第２活物質層および第２集電体を上記した第１態様にかかる発明と同様の態様で形成してもよい。
【００１９】
また、上記した第１態様にかかる発明および第２態様にかかる発明では、第１型部材として例えば平板状の第１型基材から複数の線状突起部を突出させた櫛歯状金型を用いることができる。また、第２型部材としては、例えば平板状の第２型基材から複数の突起部を突出させた櫛歯状金型を用いてもよく、第１型部材および第２型部材を互いに噛み合うように近接させて成形してもよい。
【００２０】
また、第２型部材としては、例えば円筒状または円柱状の第２型基材の外周面に各突起部を円環状に突出させたドラム状金型を用いてもよい。この場合、第２型部材を軸心周りに回転させながら第２型部材に対して第１型部材を相対的に移動させて第２型部材の複数の突起部をそれぞれ対応する第１型部材の凹部に進入させて成形してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
この発明の第１態様によれば、第１型部材および第２型部材を用いてセパレータ部材を第１型部材の凹凸形状に追従した凹凸形状に成形した後、セパレータ部材の各主面の凹部に活物質材料を供給して入れ子構造を有する電極を形成している。こうして、入れ子構造を有する高品質および高性能の三次元電池を製造することが可能となっている。
【００２２】
この発明の第２態様によれば、第１型部材の凹凸面に供給した固体電解液を第２型部材により成形して固体電解質層を第１型部材の凹凸形状に追従した凹凸形状に成形し、固体電解質層の各主面の凹部に活物質材料を供給して入れ子構造を有する電極を形成している。こうして、入れ子構造を有する高品質および高性能の三次元電池を製造することが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明にかかる電池の製造装置の第１実施形態である電池製造システムを示すブロック図である。
【図２】図１に示す電池用電極群の製造装置の構成を示す図である。
【図３】図２に示す製造装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示す電池製造システムによる電池の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】電池の製造工程を模式的に示す図である。
【図６】電池の製造工程を模式的に示す図である。
【図７】電池の製造工程を模式的に示す図である。
【図８】本発明にかかる電池の製造方法の第２実施形態を示す模式図である。
【図９】本発明にかかる電池の製造方法の第２実施形態を示す模式図である。
【図１０】本発明にかかる電池の製造方法の第３実施形態を実行可能な製造装置を示す図である。
【図１１】本発明にかかる電池の製造装置の第４実施形態である電池製造システムを示すブロック図である。
【図１２】図１１に示す電池本体の製造装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明にかかる電池の製造装置の第５実施形態で採用可能な電池本体の製造装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜第１実施形態＞
図１は本発明にかかる電池の製造装置の第１実施形態である電池製造システムを示すブロック図である。電池製造システム１は、電池用電極群を製造する製造装置２および注入・組立装置３を備え、次のようにして電池を製造する。なお、ここでは、負極、電解液が注入されたセパレータ部材および正極により構成されるリチウムイオン二次電池を製造する場合を例示して当該実施形態について説明する。
【００２５】
図２は図１に示す電池用電極群の製造装置の構成を示す図である。また、図３は図２に示す製造装置の電気的構成を示すブロック図である。この電池用電極群の製造装置２は、セパレータ成形部２１、負極形成部２２、移載部２３および正極形成部２４を有している。
【００２６】
この製造装置２では、２種類の搬送台２５、２６が設けられている。そのうちの搬送台２５は複数台設けられ、各搬送台２５はセパレータ成形部２１、負極形成部２２および移載部２３をこの順序で循環移動する。一方、搬送台２６も複数台設けられ、各搬送台２６は移載部２３および正極形成部２４をこの順序で循環移動する。なお、２種類の搬送台２５、２６を区別するため、以下においては、搬送台２５、２６をそれぞれ「上流側搬送台」および「下流側搬送台」と称する。
【００２７】
各上流側搬送台２５は、図２に示すように、平板状のベース部２５１と、ベース部２５１から鉛直方向Ｚの上方（以下「鉛直上方」という）に向いて突設される複数個の線状突起部２５２とを有しており、後述するようにセパレータ部材および負極を搬送する機能を有するとともに、セパレータ部材を成形するための下方側金型としても機能する。この実施形態では、ベース部２５１は製造装置２により製造される電池用電極群とほぼ同一の平面サイズを有する平板部材により構成されている。また、各線状突起部２５２はＹ方向に延びるライン形状を有している。これらの線状突起部２５２はベース部２５１の上面でＸ方向に等間隔で形成されている。したがって、ＸＺ断面で上流側搬送台２５は凹凸形状に仕上げられ、いわゆる櫛歯形状を有している。上流側搬送台２５の凸部（線状突起部２５２）のＸ方向の幅は凹部の幅（隣り合う線状突起部２５２のＸ方向の間隔）よりも狭くなっている。
【００２８】
上流側搬送台２５はＹ方向に間欠移動可能となっており、その移動経路に沿ってセパレータ成形部２１、負極形成部２２および移載部２３がこの順序で配置されている。このうちセパレータ成形部２１は、セパレータ供給機構２１１、金型２１２および金型昇降機構２１３（図３）を有している。
【００２９】
セパレータ供給機構２１１はセパレータ成形部２１のセパレータ供給位置Ｐ１１の上方に設けられている。そして、上記のように凹凸形状を有する上流側搬送台２５がセパレータ供給位置Ｐ１１を通過する間に、セパレータ供給機構２１１は上流側搬送台２５の鉛直上方からセパレータ部材５１を供給する。すなわち、セパレータ供給機構２１１はロール装着軸（図示省略）に装着されたセパレータロール５１１からセパレータ部材５１を連続シート（ウェブ）状にＹ方向に繰り出し、セパレータ供給位置Ｐ１１の上流側搬送台２５の上面に送り込む。なお、この実施形態では、セパレータ供給機構２１１は装置２全体を制御する制御部２７により制御され、上流側搬送台２５の間欠移動に対応してセパレータ部材５１を間欠的に送り出す。これにより、上面でセパレータ部材５１を載置した状態のまま上流側搬送台２５が成形位置Ｐ１２に移動する。
【００３０】
成形位置Ｐ１２では、金型２１２が上流側搬送台２５およびセパレータ部材５１の鉛直上方に配置されている。金型２１２は上流側搬送台２５と同様に櫛歯形状を有しており、成形位置Ｐ１２のセパレータ部材５１を挟んで上流側搬送台２５と対向配置されている。つまり、金型２１２は平板状のベース部２１２１とベース部２１２１の下面から鉛直方向Ｚの下方（以下「鉛直下方」という）に向けて突設された複数個の線状突起部２１２２とを有している。そして、複数個の線状突起部２１２２がセパレータ部材５１の上面を向き、しかも金型２１２の凸部、つまり線状突起部２１２２がセパレータ部材５１を介して上流側搬送台２５の凹部と対向するように、金型２１２が昇降自在に設けられている。
【００３１】
金型２１２は金型昇降機構２１３（図３）に接続されている。そして、上流側搬送台２５が成形位置Ｐ１２に停止している状態で制御部２７から降下指令が金型昇降機構２１３に与えられると、それに応じて金型昇降機構２１３が作動して金型２１２を鉛直下方に移動させる。これにより、金型２１２の線状突起部２１２２がセパレータ部材５１の一部を上流側搬送台２５の凹部に押し込んでセパレータ部材５１を上流側搬送台２５の凹凸形状に追従した凹凸形状に成形する。これに続いて、制御部２７からの上昇指令に応じて金型昇降機構２１３が作動して金型２１２を鉛直上方に退避させる。
【００３２】
セパレータ成形部２１の下流側（図１の右手側）に位置する負極形成部２２では、上流側搬送台２５の移動経路に沿って負極活物質供給機構２２１、負極集電体供給機構２２２、負極切断機構２２３および負極用乾燥炉２２４がこの順序で配置されている。これらのうち負極活物質供給機構２２１は、負極活物質材料を含む塗布液を吐出するための吐出口（図示省略）をＹ方向と直交する水平方向Ｘに沿って複数設けた吐出ノズル２２１１を備えている。吐出ノズル２２１１は上流側搬送台２５に支持されながらＹ方向に搬送されるシート状のセパレータ部材５１の鉛直上方に配置されており、各吐出口はセパレータ部材５１の凹部に向けられている。そして、制御部２７からの吐出指令に応じて吐出ノズル２２１１の各吐出口から上記塗布液が負極活物質供給位置Ｐ２１でセパレータ部材５１の表面に吐出される。これにより負極活物質材料を含む塗布液がセパレータ部材５１の凹部に供給され、負極活物質層５２が形成される。なお、負極活物質供給機構２２１は、いわゆるノズルディスペンス法を用いているが、その他の供給方式を用いてもよい。
【００３３】
負極集電体供給機構２２２では、上流側搬送台２５が負極集電体供給位置Ｐ２２を通過する間に、負極集電体供給機構２２２は負極活物質層５２を有するセパレータ部材５１の鉛直上方から負極集電体を供給する。すなわち、負極集電体供給機構２２２はロール装着軸（図示省略）に装着された負極集電体ロール（本実施形態では、負極集電体として機能する金属箔、例えば銅箔５３を用いている）５３１から銅箔５３を連続シート（ウェブ）状にＹ方向に繰り出し、負極活物質層５２上に送り込む。なお、この実施形態では、負極集電体供給機構２２２は、セパレータ供給機構２１１と同様に、制御部２７により制御され、上流側搬送台２５の間欠移動に対応して銅箔５３を間欠的に送り出す。また、この点については、後で説明する正極集電体供給機構２４２においても同様である。
【００３４】
負極集電体供給機構２２２の搬送方向Ｙの下流側では負極用乾燥炉２２４が設けられている。そして、上面にセパレータ部材５１、乾燥前の負極活物質層５２および銅箔（負極集電体）５３を積層した状態で上流側搬送台２５が負極用乾燥炉２２４の内部に移動する。この負極用乾燥炉２２４の内部は制御部２７の温度指令に応じた温度に調整される。このため、セパレータ部材５１と銅箔５３とで挟まれた負極活物質層５２に対して乾燥処理が施され、負極が形成される。
【００３５】
負極集電体供給機構２２２と負極用乾燥炉２２４との間には、負極切断機構２２３が設けられている。負極切断機構２２３は一対のカッター部材を有している。図２では、上カッター部材のみが図示されているが、制御部２７からの開閉指令に応じて両カッター部材が開閉駆動される。つまり、上流側搬送台２５の後端部が負極切断機構２２３の切断位置Ｐ２３を通過した直後に両カッター部材の閉成および開成がこの順序で実行される。これによって、セパレータ部材５１および銅箔５３を切断する。その後、次の上流側搬送台２５の先端部が負極切断機構２２３の切断位置Ｐ２３を差し掛る直前に、再び両カッター部材の閉成および開成がこの順序で実行される。これらの切断動作によって、セパレータ部材５１および銅箔５３が上流側搬送台２５と同じＹ方向の長さに切り揃えられる。そして、上記のように上流側搬送台２５が負極用乾燥炉２２４を通過し、セパレータ部材５１に対して負極５４（＝負極活物質層５２＋銅箔５３）を一体的に形成した電池用電極、いわゆるセパレータ一体型電池用電極５５が上流側搬送台２５上で形成される。そして、電池用電極５５は上流側搬送台２５で支持されながら移載部２３に搬送される。
【００３６】
移載部２３は、図３に示すように、反転機構２３１および移載機構２３２を有している。反転機構２３１は負極形成部２２から搬送されてきた搬送物（＝上流側搬送台２５＋セパレータ一体型電池用電極５５）を上下に反転する。これによって、セパレータ一体型電池用電極５５の上に上流側搬送台２５が覆い被さった状態となる。より詳しくは、鉛直方向Ｚにおいて銅箔５３が最下方に位置し、当該銅箔５３上に負極活物質層５２、セパレータ部材５１および上流側搬送台２５がこの順序で積層配置される。
【００３７】
移載機構２３２は、反転された上記搬送体から上流側搬送台２５を取り外した後、図２に示すようにセパレータ一体型電池用電極５５を搬送台２６の上面に移載する機能を有している。なお、図面への図示を省略しているが、搬送機構が設けられており、取り外された上流側搬送台２５を上下反転して元の姿勢に戻すとともにセパレータ成形部２１に送り返し、上流側搬送台２５の循環使用に供する。
【００３８】
各下流側搬送台２６は平板状のベース部２６１で構成されており、ベース部２６１の上面でセパレータ一体型電池用電極５５の銅箔（負極集電体）５３を吸着保持可能となっている。なお、下流側搬送台２６による銅箔５３の保持方式は吸着方式に限定されず、他の保持方式、例えばメカチャック方式を採用してもよい。
【００３９】
移載部２３の下流側に位置する正極形成部２４では、下流側搬送台２６の移動経路に沿って正極活物質供給機構２４１、正極集電体供給機構２４２、正極切断機構２４３および正極用乾燥炉２４４がこの順序で配置されている。これら正極活物質供給機構２４１、正極集電体供給機構２４２、正極切断機構２４３および正極用乾燥炉２４４はそれぞれ負極活物質供給機構２２１、負極集電体供給機構２２２、負極切断機構２２３および負極用乾燥炉２２４と同一の構成を有し、類似の機能を有している。すなわち、正極活物質供給機構２４１は、正極活物質材料を含む塗布液を吐出するための吐出口（図示省略）をＹ方向と直交する水平方向Ｘに沿って複数設けた吐出ノズル２４１１を備えている。吐出ノズル２４１１は下流側搬送台２６に支持されながらＹ方向に搬送されるセパレータ一体型電池用電極５５の鉛直上方に配置されており、各吐出口はセパレータ部材５１の凹部に向けられている。なお、各凹部は、セパレータ成形部２１により上流側搬送台２５の凸部に追従して凹形状に成形された部分である。
【００４０】
正極活物質供給機構２４１は、制御部２７からの吐出指令に応じて吐出ノズル２４１１の各吐出口から上記塗布液を正極活物質供給位置Ｐ４１でセパレータ部材５１の表面に吐出する。そして、これにより正極活物質材料を含む塗布液がセパレータ部材５１の凹部に供給され、正極活物質層５６が形成される。なお、正極活物質供給機構２４１も、負極活物質供給機構２２１と同様に、いわゆるノズルディスペンス法を用いているが、その他の供給方式を用いてもよい。
【００４１】
正極活物質供給機構２４１の下流側に位置する正極集電体供給機構２４２では、下流側搬送台２６が正極集電体供給位置Ｐ４２を通過する間に、正極集電体供給機構２４２は正極活物質層５６を有するセパレータ部材５１の鉛直上方から正極集電体を供給する。すなわち、正極集電体供給機構２４２はロール装着軸（図示省略）に装着された正極集電体ロール（本実施形態では、正極集電体として機能する金属箔、例えばアルミニウム箔５７を用いている）５７１からアルミニウム箔５７を連続シート（ウェブ）状にＹ方向に繰り出し、正極活物質層５６上に送り込む。
【００４２】
正極集電体供給機構２４２の搬送方向Ｙの下流側では正極用乾燥炉２４４が設けられている。そして、上面にセパレータ部材５１、乾燥前の正極活物質層５６およびアルミニウム箔（負極集電体）５７を積層した状態で下流側搬送台２６が正極用乾燥炉２４４の内部に移動する。この正極用乾燥炉２４４の内部は制御部２７の温度指令に応じた温度に調整される。このため、セパレータ部材５１とアルミニウム箔５７とで挟まれた正極活物質層５６に対して乾燥処理が施され、正極（＝正極活物質層５６＋アルミニウム箔５７）が形成される。
【００４３】
正極集電体供給機構２４２と正極用乾燥炉２４４との間には、正極切断機構２４３が設けられている。正極切断機構２４３は一対のカッター部材を有している。図２では、上カッター部材のみが図示されているが、制御部２７からの開閉指令に応じて両カッター部材が開閉駆動される。つまり、下流側搬送台２６の後端部が正極切断機構２４３の切断位置Ｐ４３を通過した直後に両カッター部材の閉成および開成がこの順序で実行される。これによって、セパレータ部材５１およびアルミニウム箔５７を切断する。その後、次の下流側搬送台２６の先端部が正極切断機構２４３の切断位置Ｐ４３を差し掛る直前に、再び両カッター部材の閉成および開成がこの順序で実行される。これらの切断動作によって、アルミニウム箔５７が下流側搬送台２６と同じＹ方向の長さに切り揃えられる。そして、上記のように下流側搬送台２６が正極用乾燥炉２４４を通過し、負極、セパレータおよび正極を重ね合わせて積層してなる平板状の電池用電極群が形成される。
【００４４】
電池製造システム１では、上記した電池用電極群の製造装置２以外に、注入・組立装置３が設けられている。この注入・組立装置３は、製造装置２により製造された電池用電極群を外装ケースの開口部から外装ケースの内部に挿入する機能、外装ケース内に電解質を注入する機能および外装ケースの内部を真空減圧しながら開口部を溶着する機能を兼ね備えている。
【００４５】
次に、上記電池製造システム１により電池を製造する方法について図４ないし図７を参照しつつ説明する。図４は図１に示す電池製造システムによる電池の製造方法を示すフローチャートである。図５ないし図７は電池の製造工程を模式的に示す図である。電池用電極群の製造装置２では制御部２７が装置各部を制御して（ステップＳ１〜Ｓ６）電池用電極群５９を製造し、注入・組立装置３では注入・組立用制御部（図示省略）が装置各部を制御して（ステップＳ７〜Ｓ９）電解液の注入および電池組立を行う。以下、各製造工程について詳述する。
【００４６】
製造装置２のセパレータ成形部２１では、上流側搬送台２５がＹ方向に移動するのに同期して、セパレータ部材５１がセパレータロール５１１からＹ方向に繰り出され、セパレータ供給位置Ｐ１１に送り込まれる。これにより、図５（ａ）に示すように、セパレータ供給位置Ｐ１１でセパレータ部材５１が上流側搬送台２５の上面、つまり線状突起部２５２の頂部上に載置される。そして、上流側搬送台２５はセパレータ部材５１を支持しながらセパレータ供給位置Ｐ１１から成形位置Ｐ１２に移動して停止する。これにより、図５（ｂ）に示すように、上流側搬送台２５、セパレータ部材５１および金型２１２は以下のように配置される（ステップＳ１）。
【００４７】
・線状突起部２５２がセパレータ部材５１の下面を向いた状態で上流側搬送台２５がセパレータ部材５１の鉛直下方側に位置する、
・金型２１２がセパレータ部材５１を挟んで上流側搬送台２５の鉛直上方側に位置する、
・金型２１２の線状突起部２１２２が上流側搬送台２５の凹部２５３にセパレータ部材５１を介して対向するとともに、上流側搬送台２５の線状突起部２５２が金型２１２の凹部２１２３にセパレータ部材５１を介して対向する。
【００４８】
このように配置された状態のまま金型２１２は金型昇降機構２１３により下降駆動させる。すると、金型２１２の線状突起部２１２２はまずセパレータ部材５１の上面と当接した後、さらに当接部位を上流側搬送台２５の凹部２５３内に押し込む。これにより、図５（ｃ）に示すように、セパレータ部材５１が上流側搬送台２５の凹凸形状に追従した凹凸形状に成形される（ステップＳ２）。その後、金型２１２は鉛直上方に上昇駆動され、セパレータ部材５１および上流側搬送台２５から退避し、セパレータ部材５１の成形工程を完了する（図５（ｄ））。
【００４９】
その後、上流側搬送台２５の搬送が再開される。上流側搬送台２５は凹凸形状に成形されたセパレータ部材５１の下面を支持しながら負極活物質供給機構２２１に搬送される。そして、上流側搬送台２５の先端が吐出ノズル２２１１の直下位置、つまり負極活物質供給位置Ｐ２１に到達した時点より負極活物質供給機構２２１は吐出ノズル２２１１の各吐出口から負極活物質材料を含む塗布液をセパレータ部材５１の凹部５１２（図５（ｄ）参照）に供給する。このように塗布液の供給は上流側搬送台２５の搬送に同期して行われ、セパレータ部材５１の凹部５１２に塗布液が均一に流入される。しかも、各吐出口からの塗布液の単位時間当たりの吐出流量が上流側搬送台２５の搬送速度に応じて制御部２７により制御され、セパレータ部材５１の凹部５１２内に塗布液が満される。こうして、図６（ａ）に示すように、Ｙ方向に延設されるライン状パターン５２１が複数本、セパレータ部材５１の表面に形成される。これらのライン状パターン５２１により負極活物質層５２が形成されるが、この時点では負極活物質層５２は未乾燥状態である。
【００５０】
負極活物質層５２の形成に続いて上流側搬送台２５はＹ方向に搬送される。そして、上流側搬送台２５が負極集電体供給機構２２２の負極集電体供給位置Ｐ２２を通過する間に、負極集電体供給機構２２２は上流側搬送台２５に支持されたセパレータ部材５１の鉛直上方から銅箔（負極集電体）５３を供給する。なお、負極集電体供給機構２２２も、セパレータ供給機構２１１と同様に、上流側搬送台２５の間欠移動に対応して銅箔５３を負極集電体ロール（銅箔ロール）５３１から銅箔５３を間欠的に送り出す。これにより、図６（ｂ）に示すように、負極活物質層５２が全体的に銅箔５３で覆われる。この状態のまま上流側搬送台２５は負極用乾燥炉２２４に向けて移動する。
【００５１】
この上流側搬送台２５の移動間に、負極切断機構２２３の両カッター部材の開成状態に維持されている。ただし、上流側搬送台２５の後端部が負極切断機構２２３の切断位置Ｐ２３を通過すると、その時点で両カッター部材が閉成して連続シート（ウェブ）状態で供給されてきたセパレータ部材５１および銅箔５３を切断する。また、次の上流側搬送台２５の先端部が負極切断機構２２３の切断位置Ｐ２３に差し掛ると、両カッター部材が閉成してセパレータ部材５１および銅箔５３を切断する。このように上流側搬送台２５の先端部および後端部でセパレータ部材５１および銅箔５３を切断しているため、セパレータ部材５１および銅箔５３を上流側搬送台２５のＹ方向のサイズに切り揃えることができる。
【００５２】
このように切り揃えられたセパレータ部材５１および銅箔５３を支持しながら上流側搬送台２５は負極用乾燥炉２２４の内部を通過する。この通過中にセパレータ部材５１の凹部５１２中のライン状パターン５２１が乾燥する。その結果、図６（ｂ）に示すように、負極活物質層５２と銅箔（負極集電体）５３で構成される負極５４がセパレータ部材５１の上面に形成される（ステップＳ３）。こうして、セパレータ一体型電池用電極５５が上流側搬送台２５に支持された状態で形成される。
【００５３】
電池用電極５５は上流側搬送台２５で支持されながら移載部２３に搬送された後、反転機構２３１により上流側搬送台２５とともに上下反転される（ステップＳ４）。それに続き、移載機構２３２により上流側搬送台２５を取り外され、電池用電極５５は図７（ａ）に示すように単独で下流側搬送台２６の上面に載置されて吸着保持される（ステップＳ５）。これにより、セパレータ部材５１の上流側搬送台２５と接していた凹凸面５１３が鉛直上方を向いた状態で電池用電極５５は下流側搬送台２６に支持される。そして、その状態のまま電池用電極５５は下流側搬送台２６により正極形成部２４に搬送され、正極形成が実行される（ステップＳ６）。
【００５４】
この正極形成部２４では、使用する材料が異なるものの、基本的には負極形成部２２と同様にして、正極活物質層５６および正極集電体（アルミニウム箔）５７で構成される正極５８がセパレータ部材５１の凹凸面５１３上に形成される。すなわち、下流側搬送台２６の先端が吐出ノズル２４１１の直下位置、つまり正極活物質供給位置Ｐ４１に到達した時点より、正極活物質供給機構２４１が吐出ノズル２４１１の各吐出口から正極活物質材料を含む塗布液をセパレータ部材５１の凹部５１４（図７（ａ）参照）に供給する。これにより、図７（ｂ）に示すように、Ｙ方向に延設されるライン状パターン５６１が複数本、セパレータ部材５１の凹凸面５１３に形成される。これらのライン状パターン５６１により正極活物質層５６が形成される。これに続いて、下流側搬送台２６をＹ方向に搬送しつつ、正極集電体供給機構２４２が下流側搬送台２６に支持されたセパレータ部材５１の鉛直上方からアルミニウム箔（正極集電体）５７を供給する。そして、下流側搬送台２６の移動に同期して正極切断機構２４３の両カッター部材が開閉駆動されて下流側搬送台２６の先端部および後端部でアルミニウム箔５７を切断して下流側搬送台２６のＹ方向のサイズに切り揃える。
【００５５】
さらに、アルミニウム箔５７、正極活物質層５６、セパレータ部材５１および銅箔５３を支持しながら下流側搬送台２６は正極用乾燥炉２４４の内部を通過する。この通過中にライン状パターン５６１が乾燥する。その結果、図７（ｃ）に示すように、正極活物質層５６とアルミニウム箔（正極集電体）５７で構成される正極５８がセパレータ部材５１の凹凸面５１３上に形成される（ステップＳ６）。こうして、図７（ｄ）に示すように、電池用電極群５９が下流側搬送台２６に支持された状態で形成される。
【００５６】
その後、電池用電極群５９は下流側搬送台２６から取り外され、注入・組立装置３に搬送され、注入・組立装置３により従来技術と同様にステップＳ７〜Ｓ９が実行されて電池の完成品が製造される。つまり、電池用電極群５９は外装ケースの開口部から外装ケースの内部に挿入される（ステップＳ７）。それに続き、ケース開口部から外装ケース内に電解質が注入される（ステップＳ８）。その後、外装ケースの内部を真空減圧しながら、開口部が溶着される（ステップＳ９）。
【００５７】
ここで、各層を構成する材料としては、リチウムイオン電池の構成材料として公知のものを用いることが可能であり、正極活物質としては例えばＬｉＣｏＯ２（ＬＣＯ）を主体とするものを、負極活物質としては例えばＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２（ＬＴＯ）を主体としたものをそれぞれ用いることができる。また、セパレータ部材５１としては例えばポリエチレン（ＰＥ）製シートを、電解質としては有機電解液やイオン液体などの電解液をそれぞれ用いることができる。なお、各機能層の材質についてはこれらに限定されず、これらの機能材料として一般に知られているものを用いることができる。例えば正極活物質としてはＬＭＯ（ＭとしてはＭｎ、Ｎｉ、Ｆｅなど）系材料を、負極活物質としてはＣ、ＳｉまたはＳｎなどを用いることができる。また、セパレータとしてはポリプロピレン（ＰＰ）、ポリオレフィン（ＰＯ）などの樹脂材料を用いることができる。また有機電解液としては、リチウム塩（例えばＬｉＣｌＯ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３など）と有機溶媒とを含むものを用いることができる。有機溶媒としては、エチレンカーボネイト（ＥＣ）、ジエチルカーボネイト（ＤＥＣ）、プロピレンカーボネイト（ＰＣ）、ジメチルカーボネイト（ＤＭＣ）およびエチルメチルカーボネイト（ＥＭＣ）など、もしくはこれらのいくつかを混合した混合溶媒を用いることができる。
【００５８】
以上のように、第１実施形態では、金型２１２の線状突起部２１２２が上流側搬送台２５の上面に形成された凹部２５３にセパレータ部材５１を介して対向したまま金型２１２が鉛直下方に降下してセパレータ部材５１を挟み込む。これによって、セパレータ部材５１を上流側搬送台２５の凹凸形状に追従した凹凸形状に成形する。そして、凹凸形状に成形されたセパレータ部材５１の一方主面に形成される凹部５１２に負極活物質材料を塗布して負極活物質層５２を形成するとともに、セパレータ部材５１の他方主面に形成される凹部５１４に正極活物質材料を塗布して正極活物質層５６を形成している。こうして、入れ子構造の負極５４、正極５８を有する三次元電池が得られ、電池の品質および性能を高めることが可能となっている。
【００５９】
また、凹凸形状に成形されたセパレータ部材５１を上流側搬送台２５で支持しながら負極活物質材料を凹部５１２に供給して負極活物質層５２を形成しているため、凹部５１２への負極活物質材料の供給を安定して行うことができ、高品質な三次元電池を製造することができる。
【００６０】
＜第２実施形態＞
図８および図９は本発明にかかる電池の製造方法の第２実施形態を示す模式図である。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、負極５４および正極５８の形成工程であり、その他の構成は基本的に第１実施形態と同一である。したがって、ここでは、第２実施形態での負極５４の形成（ステップＳ３）および正極５８の形成（ステップＳ６）を第１実施形態でのそれらと対比しながら説明する。
【００６１】
負極活物質層５２を形成するために、第１実施形態ではノズルディスペンス方式の負極活物質供給機構２２１が用いられている。つまり、図６（ａ）に示すように、凹部５１２にのみ負極活物質材料が供給されてライン状パターン５２１が形成され、これらにより負極活物質層５２が構成されている。また、正極活物質層５６についても、負極活物質層５２と同様に、ライン状パターン５６１が形成され、これらにより正極活物質層５６が構成されている（図７（ｂ）参照）。なお、以下の説明においては、ライン状パターンのみにより構成される活物質層を、「ライン独立型」の活物質層と称する。
【００６２】
これに対し、第２実施形態では、例えばダイコート方式の負極活物質供給機構２２１が用いられ、図８（ａ）に示すように、上流側搬送台２５に支持されたセパレータ部材５１の凹凸面上全体に負極活物質材料が供給される。このため、ライン状パターン５２１のみならず、セパレータ部材５１の凸部上にも負極活物質材料が供給されて平面パターン５２２が形成される。つまり、平面パターン５２２がライン状パターン５２１をセパレータ部材５１とともに覆いながらライン状パターン５２１を相互に連結している（この構造を有する活物質層を、「ライン連結型」の活物質層と称する）。そして、同図（ｂ）に示すように、ライン連結型の負極活物質層５２の上面、つまり平面パターン５２２上に対し、負極集電体供給機構２２２により銅箔５３が供給されて負極５４が構成される。
【００６３】
また、正極５８についても、負極５４と同様に、例えばダイコート方式の正極活物質供給機構２４１が用いられ、図９（ｂ）に示すように、下流側搬送台２６に支持されたセパレータ一体型電池用電極５５の上面、つまりセパレータ部材５１の凹凸面上全体に正極活物質材料が供給される。このため、ライン状パターン５６１と平面パターン５６２を有するライン連結型の正極活物質層５６が形成される。そして、平面パターン５６２の上面に対し、正極集電体供給機構２４２によりアルミニウム箔５７が供給されて正極５８が構成される（同図（ｃ））。
【００６４】
以上のように、第２実施形態によれば、ライン連結型の負極活物質層５２および正極活物質層５６を用いた電池についても、第１実施形態（ライン独立型の負極活物質層５２および正極活物質層５６を用いた電池の製造方法および製造装置）と同様に、入れ子構造の負極５４、正極５８が得られ、電池の品質および性能を高めることが可能となっている。  なお、第１実施形態では負極活物質層５２および正極活物質層５６のいずれもがライン独立型構造であり、第２実施形態では負極活物質層５２および正極活物質層５６のいずれもがライン連結型構造であるが、負極活物質層５２および正極活物質層５６の構造は本発明の本質的部分でなく、負極活物質層５２および正極活物質層５６の各々はライン独立型構造およびライン連結型構造のいずれであってもよい。例えば負極活物質層５２および正極活物質層５６のうちの一方がライン独立型構造であり、他方がライン連結型構造である電池を製造する製造方法および製造装置に対しても本発明を適用することができる。これらの点は、以下の実施形態においても同様である。
【００６５】
＜第３実施形態＞
図１０は本発明にかかる電池の製造方法の第３実施形態を実行可能な製造装置を示す図である。この第３実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、大きくは次の３点である。まず第１点目は、搬送台２５、２６のＹ方向の長さが第１実施形態および第２実施形態のそれらよりも長く、セパレータ供給機構２１１から負極用乾燥炉２２４までのＹ方向の距離よりも長く設定している点である。第２点目は、上流側搬送台２５がセパレータ供給機構２１１から移載部２３に移動する間に、セパレータ部材５１の供給、セパレータ部材５１の成形、負極活物質材料の供給、銅箔（負極集電体）５３の供給、負極活物質材料の乾燥を連続的に行う点である。さらに第３点目は、下流側搬送台２６が移載部２３から正極用乾燥炉２４４に移動する間に、正極活物質材料の供給、アルミニウム箔（正極集電体）５７の供給、正極活物質材料の乾燥を連続的に行う点である。なお、搬送台２５、２６の基本構成、負極活物質供給機構２２１、負極用乾燥炉２２４、正極集電体供給機構２４２および正極用乾燥炉２４４は基本的に第１実施形態と同一である。以下、相違点を中心に第３実施形態について説明し、同一構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００６６】
上流側搬送台２５はＹ方向に連続的に移動可能となっており、その移動経路に沿ってセパレータ成形部２１、負極形成部２２および移載部２３がこの順序で配置されている。このうちセパレータ成形部２１のセパレータ供給位置Ｐ１１では、セパレータ供給機構２１１が設けられている。セパレータ供給機構２１１は、第１実施形態と異なり、搬送台２５、２６のＹ方向の長さと同じ長さのセパレータ部材５１を複数枚収納したセパレータ収納部５１５を有している。セパレータ供給機構２１１はセパレータ収納部５１５から上流側搬送台２５の搬送に同期してセパレータ部材５１を１枚ずつ送り出す。つまり、上流側搬送台２５の先端部がセパレータ供給位置Ｐ１１に達すると同時に、セパレータ供給機構２１１はセパレータ部材５１の送り出しを開始する。また、上流側搬送台２５の後端部がセパレータ供給位置Ｐ１１を通過すると同時に、セパレータ供給機構２１１はセパレータ部材５１の送り出しを停止する。なお、セパレータ収納部５１５の代わりに、第１実施形態と同様にセパレータ部材５１を連続シート（ウェブ）状態で送り出し、適当な位置でセパレータ部材５１を切断するように構成してもよい。逆に、第１実施形態および第２実施形態において、第３実施形態で採用したセパレータ部材５１の送出態様を採用することも可能である。
【００６７】
また、第３実施形態では、金型２１２として、円筒状または円柱状の型基材２１２３の外周面に円環状突起部２１２４を複数本突出させたドラム状金型が用いられる。ドラム状金型２１２はセパレータ成形部２１の成形位置Ｐ１２に配置されており、セパレータ部材５１を挟んで上流側搬送台２５と対向配置されている。より詳しくは、複数の円環状突起部２１２４の鉛直方向Ｚの最下点が上流側搬送台２５の凹部の内部に入り込む状態にドラム状金型２１２は配置されている。ドラム状金型２１２は回転軸２１２５周りに回転自在となっている。そして、図示を省略する回転駆動機構から回転駆動力を受けてドラム状金型２１２は上流側搬送台２５の搬送速度とほぼ等しい周速で回転する。このため、セパレータ供給機構２１１から上流側搬送台２５の凹凸面に供給されたセパレータ部材５１は上流側搬送台２５とともにＹ方向に移動され、上流側搬送台２５とドラム状金型２１２とで挟まれて上流側搬送台２５の凹凸形状に追従した凹凸形状に成形される。
【００６８】
セパレータ成形部２１の下流側（図１０の右手側）に位置する負極形成部２２では、上流側搬送台２５の移動経路に沿って負極活物質供給機構２２１、負極集電体供給機構２２２および負極用乾燥炉２２４がこの順序で配置されている。これらのうち負極活物質供給機構２２１は、第１実施形態と同様に、負極活物質材料を含む塗布液をセパレータ部材５１の凹部に供給して負極活物質層５２を形成する。
【００６９】
負極集電体供給機構２２２は、第１実施形態と異なり、上流側搬送台２５のＹ方向の長さと同じ長さの銅箔５３を複数枚収納した銅箔収納部５３２を有している。負極集電体供給機構２２２は銅箔収納部５３２から上流側搬送台２５の搬送に同期して銅箔５３を１枚ずつ送り出す。つまり、上流側搬送台２５の先端部が負極集電体供給位置Ｐ２２に達すると同時に、負極集電体供給機構２２２は銅箔５３の送り出しを開始する。また、上流側搬送台２５の後端部が負極集電体供給位置Ｐ２２を通過すると同時に、負極集電体供給機構２２２は銅箔５３の送り出しを停止する。なお、銅箔収納部５３２の代わりに、第１実施形態と同様に銅箔５３を連続シート（ウェブ）状態で送り出し、適当な位置で銅箔５３を切断するように構成してもよい。逆に、第１実施形態および第２実施形態において、第３実施形態で採用した銅箔５３の送出態様を採用することも可能である。
【００７０】
負極集電体供給機構２２２の搬送方向Ｙの下流側では、第１実施形態と同様に、負極用乾燥炉２２４が設けられている。そして、上面にセパレータ部材５１、乾燥前の負極活物質層５２および銅箔（負極集電体）５３を積層した状態で上流側搬送台２５が負極用乾燥炉２２４の内部に移動し、負極活物質層５２に対する乾燥処理を実行する。
【００７１】
こうしてセパレータ部材５１に対して負極５４（＝負極活物質層５２＋銅箔５３）を一体的に形成した電池用電極、いわゆるセパレータ一体型電池用電極５５が上流側搬送台２５上で形成される。そして、電池用電極５５は上流側搬送台２５で支持されながら移載部２３に搬送される。
【００７２】
移載部２３は第１実施形態と同様に構成されており、負極形成部２２から搬送されてきた搬送物（＝上流側搬送台２５＋セパレータ一体型電池用電極５５）を上下に反転した後、図１０に示すようにセパレータ一体型電池用電極５５のみを下流側搬送台２６の上面に移載する。
【００７３】
下流側搬送台２６も、上流側搬送台２５と同様に、Ｙ方向に連続的に移動可能となっており、その移動経路に沿って正極形成部２４の正極活物質供給機構２４１、正極集電体供給機構２４２および正極用乾燥炉２４４がこの順序で配置されている。これらのうち正極活物質供給機構２４１は、第１実施形態と同様に、正極活物質材料を含む塗布液をセパレータ部材５１の凹部に供給して正極活物質層５６を形成する。
【００７４】
正極集電体供給機構２４２は、第１実施形態と異なり、下流側搬送台２６のＹ方向の長さと同じ長さのアルミニウム箔５７を複数枚収納したアルミニウム箔収納部５７２を有している。正極集電体供給機構２４２はアルミニウム箔収納部５７２から下流側搬送台２６の搬送に同期してアルミニウム箔５７を１枚ずつ送り出す。つまり、下流側搬送台２６の先端部が正極集電体供給位置Ｐ４２に達すると同時に、正極集電体供給機構２４２はアルミニウム箔５７の送り出しを開始する。また、下流側搬送台２６の後端部が正極集電体供給位置Ｐ４２を通過すると同時に、正極集電体供給機構２４２はアルミニウム箔５７の送り出しを停止する。なお、アルミニウム箔収納部５７２の代わりに、第１実施形態と同様にアルミニウム箔５７を連続シート（ウェブ）状態で送り出し、適当な位置でアルミニウム箔５７を切断するように構成してもよい。逆に、第１実施形態および第２実施形態において、第３実施形態で採用したアルミニウム箔５７の送出態様を採用することも可能である。
【００７５】
正極集電体供給機構２４２の搬送方向Ｙの下流側では、第１実施形態と同様に、正極用乾燥炉２４４が設けられている。そして、上面にセパレータ一体型の電池用電極５５、乾燥前の正極活物質層５６およびアルミニウム箔（正極集電体）５７を積層した状態で下流側搬送台２６が正極用乾燥炉２４４の内部に移動し、正極活物質層５６に対する乾燥処理を実行する。こうして、電池用電極群５９が下流側搬送台２６に支持された状態で形成される。
【００７６】
その後、第１実施形態と同様に、電池用電極群５９は下流側搬送台２６から取り外され、注入・組立装置３に搬送され、注入・組立装置３により電池の完成品が製造される。
【００７７】
以上のように、第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、入れ子構造の負極５４、正極５８を有する三次元電池が得られ、電池の品質および性能を高めることが可能となっている。また、凹凸形状に成形されたセパレータ部材５１を上流側搬送台２５で支持しながら負極活物質材料を凹部５１２に供給しているため、凹部５１２への負極活物質材料の供給を安定して行うことができ、高品質な三次元電池を製造することができる。
【００７８】
また、第３実施形態では、ドラム状金型２１２を用いているため、次の作用効果が得られる。すなわち、第１実施形態では平板状の金型２１２を用いているために上流側搬送台２５の搬送を一時的に停止した状態で成形処理を行う必要があるのに対し、第３実施形態では上流側搬送台２５の搬送を継続させながら成形処理を行うことができる。そのため、第３実施形態によれば、効率的に電池用電極群５９を製造することができ、その結果、電池の製造効率を高めることが可能となっている。
【００７９】
また、第１実施形態では平板状金型２１２を昇降させて成形処理を行うため、１回の成形処理により成形することができる領域のＸ方向およびＹ方向のサイズは金型２１２の平面サイズに依存してしまう。これに対し、第３実施形態ではドラム状金型２１２を用いているため、Ｙ方向のサイズは任意である。そのため、第３実施形態によれば、種々のサイズの電池用電極５５や電池用電極群５９を製造することが可能となっている。
【００８０】
＜第４実施形態＞
ところで、上記第１実施形態ないし第３実施形態では、セパレータ部材５１に電解液を注入して含浸させた電池を製造しているが、電解液に代えて固体電解質を用いた全固体電池を製造する技術にも、本発明を適用することができる。以下、図１１および図１２を参照しつつ本発明の第４実施形態について説明する。
【００８１】
図１１は本発明にかかる電池の製造装置の第４実施形態である電池製造システムを示すブロック図である。第４実施形態にかかる電池製造システム１は電池本体を製造する製造装置２０および組立装置４を備え、次のようにして電池を製造する。なお、ここでは、負極、固体電解質層および正極により構成されるリチウムイオン二次電池を製造する場合を例示して当該実施形態について説明する。
【００８２】
図１２は図１１に示す電池本体の製造装置の構成を示す図である。この電池本体の製造装置２０は、第１実施形態にかかる製造装置２においてセパレータ成形部２１の代わりに電解質層成形部２８を設けたものである。したがって、電解質層成形部２８を除く負極形成部２２、移載部２３、正極形成部２４、上流側搬送台２５および下流側搬送台２６は第１実施形態と同一である。そこで、同一符号を付し、それらの構成説明を省略する。
【００８３】
電解質層成形部２８は、電解液供給機構２８１、金型２８２および金型昇降機構（図示省略）を有している。電解液供給機構２８１は高分子電解液を吐出するための吐出口（図示省略）をＹ方向と直交する水平方向Ｘに沿って複数設けた吐出ノズル２８１１を備えている。吐出ノズル２８１１は電解液供給位置Ｐ１１を通過する上流側搬送台２５の鉛直上方に配置されており、各吐出口は上流側搬送台２５の凹部に向けられている。そして、上流側搬送台２５の先端部が電解液供給位置Ｐ１１に達すると同時に、電解液供給機構２８１は高分子電解液の吐出を開始する。また、上流側搬送台２５の後端部が電解液供給位置Ｐ１１を通過すると同時に、電解液供給機構２８１は当該塗布液の吐出を停止する。これにより高分子電解液が上流側搬送台２５の凹部に供給され、図１２への図示を省略するが、凹部に電解質層が形成される。なお、第４実施形態では、電解液供給機構２８１は、いわゆるノズルディスペンス法を用いているが、その他の供給方式、例えばダイコート法を用いてもよい。この点については、後で説明する第５実施形態においても同様である。なお、この場合の高分子電解質液としては、高分子電解質材料、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。
【００８４】
金型２８２は成形位置Ｐ１２で上流側搬送台２５の鉛直上方に配置されている。金型２８２は第１実施形態の金型２１２と同一形状、つまり櫛歯形状を有しており、電解質層を挟んで上流側搬送台２５と対向配置されている。そして、上流側搬送台２５が成形位置Ｐ１２に停止している状態で金型昇降機構が作動して金型２８２を鉛直下方に移動させる。これにより、金型２８２の線状突起部２８２２が電解質層を押さえ付けて上流側搬送台２５の凹凸形状に追従した凹凸形状に成形する。こうして電解質層の成形が完了すると、金型昇降機構が作動して金型２８２を鉛直上方に退避させる。
【００８５】
このように構成された電池本体の製造装置２０では、上記のようにして凹凸形状を有する電解質層を形成すると、第１実施形態と同様に、以下の工程、
・電解質層の一方主面の凹部への負極活物質層５２の形成、
・電解質層の一方主面の凸部および負極活物質層５２上への銅箔（負極集電体）５３の供給、
・負極活物質層５２の乾燥、
・余分な銅箔５３の切断除去、
・負極形成部２２からの搬送物（＝上流側搬送台２５＋電池用電極５５）の上下に反転、
・電解液層と一体化された電池用電極５５（＝電解質層＋負極活物質層５２＋銅箔５３）の下流側搬送台２６への移載、
・電解質層の他方主面の凹部への正極活物質層５６の形成、
・電解質層の他方主面の凸部および正極活物質層５６上へのアルミニウム箔（正極集電体）５７の供給、
・正極活物質層５６の乾燥、
・余分なアルミニウム箔５７の切断除去、
を実行する。これにより負極５４、電解質層および正極５８を有する電池本体が製造される。
【００８６】
この電池本体は下流側搬送台２６から取り外された後、組立装置４に搬送される。そして、組立装置４により電池本体が外装ケースの開口部から外装ケースの内部に挿入される。その後、外装ケースの開口部が溶着されて電池となる。
【００８７】
以上のように、第４実施形態によれば、金型２８２の線状突起部２８２２が上流側搬送台２５の上面に形成された凹部に進入して電解質層を上流側搬送台２５の凹凸形状に追従した凹凸形状に成形する。そして、凹凸形状に成形された電解質層の一方主面に形成される凹部に負極活物質材料を塗布して負極活物質層５２を形成するとともに、電解質層の他方主面に形成される凹部に正極活物質材料を塗布して正極活物質層５６を形成している。こうして、入れ子構造の負極５４、正極５８を有する三次元電池が得られ、電池の品質および性能を高めることが可能となっている。
【００８８】
また、凹凸形状に成形された電解質層を上流側搬送台２５で支持しながら負極活物質材料を凹部に供給して負極活物質層５２を形成しているため、凹部への負極活物質材料の供給を安定して行うことができ、高品質な三次元電池を製造することができる。
【００８９】
＜第５実施形態＞
図１３は本発明にかかる電池の製造装置の第５実施形態で採用可能な電池本体の製造装置の構成を示す図である。この電池本体の製造装置２０は、第３実施形態にかかる製造装置２（図１０）においてセパレータ成形部２１の代わりに電解質層成形部２８を設けたものである。したがって、電解質層成形部２８を除く負極形成部２２、移載部２３、正極形成部２４、上流側搬送台２５および下流側搬送台２６は第３実施形態と同一である。しかも、電解質層成形部２８の電解液供給機構２８１は第４実施形態と同一であり、電解質層成形部２８の金型２８２は第３実施形態の金型２１２と同一形状である。したがって、装置各部の構成については、同一または相当符号を付し、それらの構成説明を省略する。
【００９０】
このように構成された電池本体の製造装置２０においては、第４実施形態と同様に、電解液供給機構２８１が電解液供給位置Ｐ１１を通過する上流側搬送台２５の凹部に供給する。これによって、凹部に電解質層が形成される。
【００９１】
電解液供給位置Ｐ１１の下流側の成形位置Ｐ８２では、複数の円環状突起部２８２４の鉛直方向Ｚの最下点が上流側搬送台２５の凹部の内部に入り込む状態にドラム状金型２１２は配置されている。そして、ドラム状金型２８２は上流側搬送台２５の搬送速度とほぼ等しい周速で回転する。このため、セパレータ供給機構２１１から上流側搬送台２５の凹部内の電解質層は成形位置Ｐ８２で上流側搬送台２５とドラム状金型２８２とで挟まれて上流側搬送台２５の凹凸形状に追従した凹凸形状に成形される。
【００９２】
そして、電池本体の製造装置２０では、上記のようにして凹凸形状を有する電解質層を形成すると、第３実施形態と同様に、以下の工程、
・電解質層の一方主面の凹部への負極活物質層５２の形成、
・電解質層の一方主面の凸部および負極活物質層５２上への銅箔（負極集電体）５３の供給、
・負極活物質層５２の乾燥、
・負極形成部２２からの搬送物（＝上流側搬送台２５＋電池用電極５５）の上下に反転、
・電解液層と一体化された電池用電極５５（＝電解質層＋負極活物質層５２＋銅箔５３）の下流側搬送台２６への移載、
・電解質層の他方主面の凹部への正極活物質層５６の形成、
・電解質層の他方主面の凸部および正極活物質層５６上へのアルミニウム箔（正極集電体）５７の供給、
・正極活物質層５６の乾燥、
を実行する。これにより負極５４、電解質層および正極５８を有する電池本体が製造される。
【００９３】
この電池本体は下流側搬送台２６から取り外された後、組立装置４に搬送される。そして、組立装置４により電池本体が外装ケースの開口部から外装ケースの内部に挿入される。その後、外装ケースの開口部が溶着されて電池となる。
【００９４】
以上のように、第５実施形態においても、電解質層を凹凸形状に成形した後、電解質層の一方主面に形成される凹部に負極活物質層５２を形成するとともに、電解質層の他方主面に形成される凹部に正極活物質層５６を形成している。したがって、第４実施形態と同様の作用効果が得られる。しかも、ドラム状金型２８２を用いて電解質層を凹凸形状に成形しているため、第３実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００９５】
＜その他＞
第１実施形態ないし第３実施形態では、上流側搬送台２５と金型２１２とを用いてセパレータ部材５１を上流側搬送台２５の凹凸面に追従した凹凸形状に成形している。また、第４実施形態および第５実施形態では、上流側搬送台２５と金型２８２とを用いて電解質層を上流側搬送台２５の凹凸面に追従した凹凸形状に成形している。このように、上流側搬送台２５および金型２１２、２８２がそれぞれ本発明の「第１型部材」および「第２型部材」として機能している。また、上流側搬送台２５を構成するベース部２５１および線状突起部２５２はそれぞれ本発明の「第１型基材」および「線状突起部」に相当している。また、第１実施形態、第２実施形態および第４実施形態で使用した平板状金型２１２、２８２を構成するベース部２１２１、２８２１および線状突起部２１２２、２８２２がそれぞれ本発明の「第２型基材」および「突起部」に相当している。また、第３実施形態および第５実施形態で使用したドラム状金型２１２、２８２を構成する型基材２１２３、２８２３および円環状突起部２１２４、２８２４がそれぞれ本発明の「第２型基材」および「突起部」に相当している。さらに、負極活物質塗布機構２２１および正極活物質塗布機構２４１がそれぞれ「第１活物質供給部」および「「第２活物質供給部」として機能している。
【００９６】
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、凹凸形状に成形されたセパレータ部材５１や電解質層の一方主面に負極５４を形成した後で、セパレータ部材５１等の他方主面に正極５８を形成しているが、正極と負極とを入れ替えてもよい。
【００９７】
また、上記第１実施形態および第２実施形態では金型２１２を昇降させ、上記第４実施形態では金型２８２を昇降させて成形処理を実行している。しかしながら、金型２１２、２８２に代えて、あるいは金型２１２、２８２とともに上流側搬送台２５を昇降させて成形処理を行ってもよい。
【００９８】
また、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または電池用電極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、入れ子構造を有する三次元電池全般の製造に本発明を適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、負極、電解液が注入されたセパレータ（または固体電解質層）および正極で構成される電池を製造する技術全般に適用することができる。
【符号の説明】
【０１００】
１…電池製造システム（電池製造装置）
２１…セパレータ成形部（成形部）
２２…負極形成部
２４…正極形成部
２５…上流側搬送台（第１型部材）
２７…制御部
２８…電解質層成形部（成形部）
５１…セパレータ部材
５２…負極活物質層
５３…銅箔（負極集電体、第１集電体）
５４…負極
５５…電池用電極
５６…正極活物質層
５７…アルミニウム箔（正極集電体、第２集電体）
５８…正極
５９…電池用電極群
２１１…セパレータ供給機構
２１２、２８２…金型
２２１…負極活物質供給機構（第１活物質塗布部）
２４１…正極活物質供給機構（第２活物質塗布部）
２５２…（上流側搬送台の）線状突起部
２８１…電解液供給機構
２１２２、２８２２…（金型の）線状突起部
２１２３…型基材
２１２４、２８２４…円環状突起部
【図１】
2014006965.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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