(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体の両面に正極活物質層が形成された正極と、集電体の両面に負極活物質層が形成された負極と、前記正極と前記負極との間に設けられたセパレータとからなる極板群と、溶媒及び電解質から構成される非水電解液と、を備える非水電解質二次電池であって、
前記極板群と前記非水電解液とをそれぞれ熱融着シートにより包み込むことで分離する分離部と、
前記非水電解液を前記極板群に供給する供給部と、を有し、
予め前記溶媒の一部が前記極板群に注入されていることを特徴とする非水電解質二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の非水電解質二次電池において、
前記溶媒は、エチレンカーボネート，ジエチルカーボネート，ジメチルカーボネート，プロピレンカーボネート，γ−ブチロラクトン，テトラヒドロフラン，アセト二トリルのいずれかであり、
前記電解質は、リチウム錯体フッ素化合物またはリチウムハロゲン化合物であることを特徴とする非水電解質二次電池。
【請求項３】
請求項１に記載の非水電解質二次電池において、
前記供給部は、外力により前記極板群と前記非水電解液の境界部分を開口して非水電解液を前記極板群に注入することを特徴とする非水電解質電池。
【請求項４】
請求項１に記載の非水電解質二次電池において、
前記熱融着シートにおいて、前記極板群と前記非水電解液の境界部分の熱融着力は、他の部分の熱融着力より小さいことを特徴とする非水電解質二次電池。
【請求項５】
請求項１に記載の非水電解質二次電池を複数個接続してなる電池モジュールにおいて、
前記非水電解質二次電池への加圧手段を設けたことを特徴とする電池モジュール。
【請求項６】
集電体の両面に正極活物質層が形成された正極と、集電体の両面に負極活物質層が形成された負極と、前記正極と前記負極との間に設けられたセパレータとからなる極板群と、
溶媒及び電解質から構成される非水電解液と、を備える非水電解質二次電池の製造方法であって、
前記極板群と前記非水電解液とをそれぞれ熱融着シートにより包み込むことで分離して保持する分離保持工程と、
前記非水電解液を前記極板群に供給する供給工程と、を有し、
予め前記溶媒の一部が前記極板群に注入されていることを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の非水電解質二次電池の製造方法において、
前記溶媒は、エチレンカーボネート，ジエチルカーボネート，ジメチルカーボネート，プロピレンカーボネート，γ−ブチロラクトン，テトラヒドロフラン，アセト二トリルのいずれかであり、
前記電解質はリチウム錯体フッ素化合物またはリチウムハロゲン化合物であることを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項８】
請求項６に記載の非水電解質二次電池において、
前記供給工程は、外力により前記極板群と前記非水電解液の境界部分を開口して非水電解液を前記極板群に注入することを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項９】
請求項６に記載の非水電解質二次電池の製造方法において、
前記熱融着シートにおいて、前記極板群と前記非水電解液の境界部分の熱融着力は、他の部分の熱融着力より小さいことを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質二次電池の構造，モジュール構成および電池化プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池に代表される非水電解質二次電池は、鉛電池やニッケル−水素電池などに比べて起電力およびエネルギー密度が高く、しかも充放電効率も優れていることから民生用の小型電池から、車載用や電力貯蔵用の大型電池まで幅広い用途が期待されている。しかし、リチウムイオン二次電池は、極板群に電解液を注入した時点から正極と負極との間に電極電位が発生し、この電位が大きく電極集電体の腐食電位以上になると、電極集電体の溶出や電解液が分解して充放電特性が劣化する可能性がある。このため、電池に電解液を注入した後は、充電して電極電位を腐食電位以下とし、電池の使用開始あるいは製品出荷まで保存するのが一般的である。ところが、充電状態で長期間保存すると負極でリチウムデンドライトの析出や不純物金属の析出が生じ、電池性能の劣化や、正極と負極間で短絡を生じる可能性がある。
【０００３】
このような保管中の特性劣化の問題を解決するため、鉛電池などの二次電池では出荷時に電解液を注入せず、一般に即用式蓄電池と呼ばれている使用時に注入する方式が取られている。この即用式蓄電池に関しては、注液操作が繁雑なため容易に注液できるようにした電解液容器や注液ノズル構造が提案されている（たとえば特許文献１参照）ものの、リチウムイオン二次電池のように大気中で取り扱うと電解液が変質し、電池特性を劣化するような電池への適用例は見られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３３５１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、湿分コントロールをしていない大気中での電解液の注入を対象としているため、湿分の混入を嫌うリチウムイオン電池に適用すると水分が混入する可能性があり、混入すると電解液が劣化して充放電特性の低下を生じる。
【０００６】
また、極板群とは別に専用の電解液注入装置が必要であり、電力貯蔵用など大量の電池に短期間で電解液を注入するには不向きである。さらに、複数個の単電池を直列あるいは並列に接続してモジュール化した後や、複数のモジュールを直列あるいは並列に接続して組電池システム化した後に電解液を注入する構成にはなっていないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の非水電解質二次電池は、集電体の両面に正極活物質層が形成された正極と、集電体の両面に負極活物質層が形成された負極と、前記正極と前記負極との間に介在するように設けられたセパレータとからなる極板群と、非水電解液とを備える二次電池であって、それぞれ熱融着シートにより包み込むことで分離する分離部と、前記非水電解液を前記極板群に供給する供給部を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、長期保存時の電池性能の劣化を抑制できるため、非水電解質二次電池の電池化処理前の状態で、作り置きが可能となる。極板群と電解液が一体化されているため、従来の即用二次電池のように特別な電解液注入装置が不要となる。また、電解液の注入と電池化処理が電池モジュール組み立て後に実施可能となるため、電池モジュールの充放電システムを利用して電池化処理ができるため、電池化処理専用の充放電設備が不要となりコスト低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】非水電解質二次電池の上面図（ａ）および側面図（ｂ）。
【図２】非水電解液の容器を封止する操作を説明する図。
【図３】非水電解液の容器を加圧して電解液を極板群に注入する操作を説明する模式図。
【図４】電池モジュールの構成例を示す上面図（ａ）および側面図（ｂ）。
【図５】変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に関わるリチウムイオンの即用式二次電池は、極板群と電解液を分離して１つの電池容器を構成することにより、電池使用開始時に電解液の注液専用の設備を用いなくとも容易に注液可能にした電池を提供するものである。
【００１１】
また、極板群と電解液との分離部分に、大気と隔離した状態で極板群と電解液との導通口を構成することにより、電解液の変質を防止するための特殊な雰囲気条件の制約を無くし、容易に電解液の注液を可能とした電池を提供するためのものである。
【００１２】
以下に示す実施例では、本発明の代表的な即用式二次電池構造と、この電池の電池化方法を適用したリチウムイオン電池を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。本実施の形態では、非水電解液二次電池としてリチウムイオン二次電池を示す。図１は本発明に係るリチウムイオン二次電池の第１の実施形態を説明する図であり、積層ラミネート型の単電池１１を上から見た図（ａ）と、それを横から見た図（ｂ）を示す。単電池１１は、極板群１２，電解液１３，電流取出し端子１６からなり、電流取出し端子１６を除いてラミネートフィルム１４で覆われている。ラミネートフィルム１４を熱融着シートともいう。ラミネートフィルムとしては、たとえばポリアミド樹脂にアルミ箔を挟み込んだアルミラミネートフィルムを用いるのが妥当である。
【００１４】
極板群１２は、集電体の両面に正極活物質層が形成された正極と、集電体の両面に負極活物質層が形成された負極と、前記正極と前記負極との間に設けられたセパレータとから構成される。
【００１５】
極板群１２の周囲および電解液１３の周囲のラミネートフィルム１４には熱圧接が施され、それぞれシールされている。特に、極板群１２と電解液１３との境界部分に設けられた分離シール１５の強度は、他のシール部分のシール強度より弱めてあり、電解液１３を供給する際に開口しやすい設計となっている。
【００１６】
＜単電池の組立＞
以下に、単電池１１の作製手順をより詳細に説明する。最初に、正極と負極とその間にセパレータを挟み込んで積層化した極板群１２のタブと電流取出し端子１６を接合し、単電池１１を形取った２枚のラミネートフィルム１４の所定の位置に、これをセットして電流取出し端子１６側のラミネートフィルム１４を熱圧接した。さらにラミネートフィルム１４の上側と下側の縁を熱圧接して電解液１３側のみ開放となる形にした。その後、この開放端から極板群１２の入った内部を減圧して、分離シール１５の部位を熱圧接して極板群１２を減圧封入した。
【００１７】
次に電解液１３の封入方法を、図２を用いて説明する。図２は図１の部分断面を示したもので、図中（ａ）が電解液１３の封入前、（ｂ）が電解液１３の封入後を示す。手順としては、ラミネートフィルム１４が袋状になっている部分を上向きにして電解液１３を所定の量注入し、気層が残らない様に液面１７の直下のラミネートフィルム１４の外表面に棒状のヒータ１８を押し当て熱圧接して封入した。
【００１８】
なお、封入する電解液１３としては、エチレンカーボネート（ＥＣ），ジエチルカーボネート（ＤＥＣ），ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）などの炭酸エステル系の有機溶媒、またプロピレンカーボネート（ＰＣ）やγ−ブチロラクトン，テトラヒドロフラン，アセトニトリル等の有機溶媒を単独溶媒あるいは混合溶媒に、リチウム錯体フッ素化合物であるＬｉＰＦ6やＬｉＢＦ4等の電解質、あるいはリチウムハロゲン化合物のＬｉＣｌＯ4等の電解質を１種類もしくは２種類以上を溶解した非水系の有機電解液が用いられる。
【００１９】
図１の構造に仕上げた時点では、極板群１２に電解液１３が注入されていないため電池としての特性は示さない。すなわち、極板群１２の正極と負極との間に電極電位が発生していないため、この状態で長期間保存しても電池特性に劣化を生じることはないものの、電池として使用するには使用前に電池化処理が必要となる。
【００２０】
＜電池化方法＞
図３を用いて、本電池の電池化処理方法について説明する。電池の使用開始前に、まず電解液１３を極板群１２に供給する操作を実施する。
【００２１】
電解液１３を覆うラミネートフィルム１４の上に、均等に圧力を加えるための押し板３０を載せ、外圧３１を加えることにより、シール強度の弱い分離シール１５の部位が開口し、さらに外圧３１を加えることによって電解液１３が極板群１２へ供給される。極板群１２に供給した電解液１３の十分な浸透を待った後、電流取出し端子１６に接続された充放電設備で初充電を行い、電池化処理を実施した。
【００２２】
上記したように、極板群と電解液を分離して一体構造にして置くことによって、電解液を注入するための特殊な注液装置が不要で、しかも大気と遮断した状態で容易に注入し、電池化することができた。本発明では、外圧３１により分離シール１５を開口して電解液１３を極板群１２に注入するための構造を供給部と称する。
【実施例２】
【００２３】
第２の実施形態も電池構造と製造手順は、第１の実施形態と基本的に一緒である。この第２の実施形態の狙いは、極板群１２の濡れ性の改善である。極板群１２は、間にセパレータが介在した正極及び負極の積層構造であるが、ギャップが存在すると内部抵抗の増加につながるため無い方が好ましい。このため、できるだけギャップを排除した作りとなっている。注入された電解液１３は、正極合剤層，負極合剤層およびセパレータの各気孔部に浸透し、保持される。しかしながら、電解液１３の各気孔部への浸透は、濡れが悪いと時間を要するため、一般に減圧注入法が取られている。本実施例２では、ラミネートフィルム１４を熱圧接し、電解液１３側のみ開放の袋状になった時点で、この開放端から極板群１２の部位に、電解液１３の溶媒の一部を所定量注入して予め気孔部に浸透させている。その後、極板群１２の内部を減圧し、分離シール１５の部位を熱圧接して極板群１２をラミネートフィルムで封入した。電解液１３は、予め極板群１２に注入した分の溶媒成分と量を調整した電解液１３として封入した。
【００２４】
このように、電解液１３の溶媒の一部を予め極板群１２に注入することによって、極板群１２の気孔部が濡れ、後から注入する電解液１３の浸透を大幅に改善することができる。電解液１３を注入後の電池化方法は、第１の実施形態と同じ手順である。
【実施例３】
【００２５】
第３の実施形態では、実施例１および実施例２で示した本発明の単電池１１を複数個組み合わせて構成する電池モジュール４０の組み立て手順とその電池化方法について説明する。
【００２６】
＜モジュールの組立手順＞
電池モジュール４０は、複数個の単電池１１、その単電池１１を積層状に配置するための取付け板４３、取付け板４３を固定する支柱４２、電流を取り出すためのリード線４４等からなり、モジュールケース４１内に収納される。モジュールケース４１には、外部の充放電設備と接続するための正極外部端子４５および負極外部端子４６と、電池モジュール４０の使用開始前に電解液１３を極板群１２へ供給するための加圧機構とが備えられている。
【００２７】
モジュールの組み立て手順を示す。取付け板４３を支柱４２に固定し、各層に単電池１１を挿入して取付け板４３に固定した。この時、電解液１３の上に押し板３０が被さるようにした。次に、正極及び負極の電流取出し端子１６にリード線４４を接続して、積層された単電池１１を直列または並列に接続し、それぞれを正極外部端子４５あるいは負極外部端子４６に接続した。
【００２８】
＜モジュールの電池化方法＞
電池モジュール４０の使用開始に当って、電池化処理が必要となる。この電池化処理は、モジュール単位で実施可能としている。電池モジュール４０の組み立て時に、電解液１３の上に被せた押し板３０は、取付け板４３に取り付けられているが、横から見て円弧状に動けるようになっている。また、押し板３０自体も途中で繋いでおり、これも繋ぎ目が円弧状に動けるようになっている。電解液１３の加圧は、取付け板４３に設置された押し板３０と、モジュールケース４１に設けた２本の回転支柱４７の回転押し棒４８の間で発生させる。２本の回転支柱４７を矢印方向に回すことにより、回転押し棒４８が回転し、押し板３０を押し下げて電解液１３に加圧力が発生する。この加圧力によって極板群１２と電解液１３を分離していたシール面が剥がれて開口し、電解液１３が供給される。極板群１２に供給した電解液１３の十分な浸透を待って、電池モジュール４０の正極外部端子４５及び負極外部端子４６に接続された充放電設備で初充電を行い、電池化処理を実施する。
【００２９】
上記したモジュール構成にすることにより、電力貯蔵用システム等の適用で大量の電池を製造し、それをシステムに組み上げるまでの長期保管時における劣化を防止できる。また、電池の作り置きが可能であるため、システムの変更や、容量の増設等が生じても効率良い対応が可能となる。
【実施例４】
【００３０】
これまでは、積層ラミネート型のリチウムイオン二次電池を対象に説明したが、本発明は、この型以外の捲回型電池にも適用可能である。捲回型リチウムイオン二次電池として、角型電池への適用例を図５に示す。捲回角型電池５０は、電池容器５１、その内部に正極と負極がセパレータを介して渦巻状に捲回された捲回体５２、電流を出し入れする正極端子５３と負極端子５４、捲回体５２の上部に隔離された電解液５５、電解液５５の注液機構５６で構成されている。電池容器５１から取出している正極端子５３，負極端子５４および注液機構５６の取り合いはシールされており、電池容器５１内が密閉されている。
【００３１】
電池の使用開始前に注液機構５６を上にスライドさせ、下端の栓を開口して内部の電解液５５を捲回体５２に供給する。捲回体５２に供給した電解液５５の十分な浸透を待って、外部電流取出し端子に接続された充放電設備（図示せず）で初充電を行い、電池化処理を実施する。
【００３２】
上記構成により、捲回型の電池でも長期保管時の特性劣化が防止可能となる。
【符号の説明】
【００３３】
１１  単電池
１２  極板群
１３，５５  電解液
１４  ラミネートフィルム
１５  分離シール
１６  電流取出し端子
１７  液面
１８  ヒータ
３０  押し板
３１  外圧
４０  電池モジュール
４１  モジュールケース
４２  支柱
４３  取付け板
４４  リード線
４５  正極外部端子
４６  負極外部端子
４７  回転支柱
４８  回転押し棒
５０  捲回角型電池
５１  電池容器
５２  捲回体
５３  正極端子
５４  負極端子
５６  注液機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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