(57)【要約】【課題】フィルム外装材の開口部から電解液が溢れ出てしまうことがなく、製造効率が向上する電池の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の電池の製造方法は、開口部９３を有するフィルム外装材９０に、複数のシート状正極と複数のシート状負極とがセパレータを介して積層された電極積層体６０を収容する収容工程と、前記フィルム外装材９０に応力を加えることで、前記開口部の開口面積（Ｓ）を広げる開口工程と、前記開口工程によって前記開口部９３の開口面積（Ｓ）が広げられた状態で、前記開口部９３から電解液を注液する注液工程と、前記注液工程の後、前記開口工程によって前記開口部９３の開口面積（Ｓ）が広げられた状態で、真空含浸を行う含浸工程と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有するフィルム外装材に、複数のシート状正極と複数のシート状負極とがセパレータを介して積層された電極積層体を収容する収容工程と、
前記フィルム外装材に応力を加えることで、前記開口部の開口面積を広げる開口工程と、前記開口工程によって前記開口部の開口面積が広げられた状態で、前記開口部から電解液を注液する注液工程と、
前記注液工程の後、前記開口工程によって前記開口部の開口面積が広げられた状態で、真空含浸を行う含浸工程と、
を有する電池の製造方法。
【請求項２】
前記含浸工程の後に前記開口部を真空下で封止する封止工程をさらに有する請求項１に記載の電池の製造方法。
【請求項３】
前記含浸工程における真空度が、前記封止工程における真空度より高い請求項２に記載の電池の製造方法。
【請求項４】
前記開口工程においては、吸着を行う治具により前記フィルム外装材に応力を加える請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電池の製造方法。
【請求項５】
前記開口工程においては、開口部の形状を保持する治具により前記フィルム外装材に応力を加える請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電池の製造方法。
【請求項６】
前記セパレータが袋状のものである請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のシート状正極と複数のシート状負極とがセパレータを介して積層された電極積層体がフィルム外装材に収容された構造のリチウムイオン電池などの二次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題から、戸建て住宅などの家庭用途や、輸送機器、建設機器等の産業用途に用いることが可能な、風力発電、太陽光発電等から得られるクリーンエネルギーが注目されている。しかし、クリーンエネルギーは状況に応じた出力の変動が大きいという問題を有している。例えば、太陽光発電によるエネルギーは、太陽が昇っている日中には得られるが、太陽が沈んだ後の夜間には得られない。
【０００３】
クリーンエネルギーの出力を安定化するために、クリーンエネルギーを一時的に電池に蓄える技術が用いられる。例えば、電池に蓄えられた太陽光エネルギーは、太陽が沈んだ後の夜間にも利用可能となる。このようなクリーンエネルギーを蓄えるための電池としては、一般的に鉛電池が使用されていたが、鉛蓄電池は一般的に大型であり、エネルギー密度が低い、という欠点がある。
【０００４】
そこで、近年では、常温で作動可能であり、エネルギー密度も高いリチウムイオン二次電池が注目されている。チウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いという特性に加えて、インピーダンスが低いため応答性に優れている、という特徴も有する。
【０００５】
このようなリチウムイオン二次電池の内部構造の一例としては、複数のシート状正極と複数のシート状負極とがセパレータを介して積層された電極積層体、および電解液が、平面視で矩形のラミネートフィルム外装材内に収容された構造が知られている。
【０００６】
特許文献１（特開２００１−１５０９９号公報）には、上記のような構造の電池の製造方法が具体的に開示されており、それによれば、外装フィルム体内に電池要素を装着・内蔵させる工程と、前記電池要素を内蔵・装着させた外装フィルム体の他端開口側から電解液を注入した後に、前記開口部を封止する工程とを有する電池の製造方法であって、前記外装フィルム体の開口部側を所要形状・寸法よりも大きく設定しておき、前記内蔵・装着した電池要素に隣接する領域を一部残して溶着封止する工程と、前記外装フィルム体の先端側開口を電解液注入口として、電池要素側に定量ポンプを介して電解液を注入後に、減圧下で含浸させる工程と、前記電解液を注入・含浸した電池要素に隣接する領域に残された非溶着封止部を溶着封止する工程と、を有することを特徴とする薄型電池の製造方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１５０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されている、従来技術に係る電池の製造方法においては、外装フィルム体の開口部側は、所要形状・寸法よりも大きく設定しておき、電池要素を外装フィルム体内に封止する工程の後に、開口部近傍の外装フィルム体を切断するようにしている。
【０００８】
上記のような従来の製造方法によれば、外装フィルム体として完成品となる電池の分より大きいものが用いられるために、その分、コストが余計にかかってしまう、という問題がある。
【０００９】
そこで、上記のような余計なコストがかからないようにするために、フィルム外装材として完成品となる電池分のみ利用するようにすると、今度は、開口部から電解液を注液した後、電極内などに含まれている空気と電解液を置換するための真空含浸を行う含浸工程において、膨張した空気が想定通りに抜けず、電解液面を押し上げてしまい、フィルム外装材の開口部から電解液が溢れ出て、電池の製造効率が低下する、という問題が発生してしまう。
【００１０】
なお、上記のような、フィルム外装材の開口部から電解液が溢れ出てしまう、という問題は、含浸工程においてのみならず、フィルム外装材の開口部を封止する封止工程においても発生することがある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記のような問題を解決するものであって、本発明に係る電池の製造方法は、開口部を有するフィルム外装材に、複数のシート状正極と複数のシート状負極とがセパレータを介して積層された電極積層体を収容する収容工程と、前記フィルム外装材に応力を加えることで、前記開口部の開口面積を広げる開口工程と、前記開口工程によって前記開口部の開口面積が広げられた状態で、前記開口部から電解液を注液する注液工程と、前記注液工程の後、前記開口工程によって前記開口部の開口面積が広げられた状態で、真空含浸を行う含浸工程と、を有する。
【００１２】
また、本発明に係る電池の製造方法は、前記含浸工程の後に前記開口部を真空下で封止する封止工程をさらに有する。
【００１３】
また、本発明に係る電池の製造方法は、前記含浸工程における真空度が、前記封止工程における真空度より高い。
【００１４】
また、本発明に係る電池の製造方法は、前記開口工程においては、吸着を行う治具により前記フィルム外装材に応力を加える。
【００１５】
また、本発明に係る電池の製造方法は、前記開口工程においては、開口部の形状を保持する治具により前記フィルム外装材に応力を加える。
【００１６】
また、本発明に係る電池の製造方法は、前記セパレータが袋状のものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る電池の製造方法によれば、開口工程によって開口部の開口面積が広げられた状態で、真空含浸を行うので、フィルム外装材内に電解液が貯溜される体積を十分確保することが可能となり、含浸工程において、膨張した空気が想定通りに抜けず、電解液面を押し上げたとしても、フィルム外装材の開口部から電解液が溢れ出てしまうことがなく、製造効率が向上する。
【００１８】
含浸工程における真空度が、封止工程における真空度より高くされることで、封止工程においても、フィルム外装材の開口部から電解液が溢れ出てしまうことがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る電池の製造工程を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電池の製造工程を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電池の製造工程を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電池の製造方法により製造された電池１００を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１乃至図４は本発明の実施形態に係る電池の製造工程を説明する図である。本実施形態においては、電池１００として、リチウムイオンが負極と正極とを移動することにより充放電が行われる、電気化学素子の１種であるリチウムイオン二次電池を例に説明する。
【００２１】
本発明の実施形態に係る電池の製造方法により製造される電池１００は、複数のシート状正極と複数のシート状負極とがセパレータを介して積層された電極積層体６０、および電解液８０が、平面視で矩形のラミネートフィルム外装材９０内に収容された構造となっている。
【００２２】
それぞれのシート状正極は、集電体６２を介して正極引き出しタブ１２０に導電接続される。同様に、それぞれのシート状負極も、集電体６３を介して負極引き出しタブ１３０に導電接続されている。
【００２３】
電池１００として完成した状態では、電池１００の一方の端部（辺）から正極引き出しタブ１２０及び負極引き出しタブ１３０が引き出された構成となる。
【００２４】
ラミネートフィルム外装材９０は、熱融着樹脂層を有する金属ラミネートフィルムにより構成されている。本実施形態においては、ラミネートフィルム外装材９０は、２枚の矩形状金属ラミネートフィルムを熱融着樹脂層を対向させ、正極引き出しタブ１２０及び負極引き出しタブ１３０が引き出された辺と反対側の辺９３が開口部となるように、正極引き出しタブ１２０及び負極引き出しタブ１３０が引き出された辺に対応する熱溶着部９１と、当該熱溶着部９１に隣接する２つの辺９２を溶着する構造が採用されている。
【００２５】
図１は、電極積層体６０をラミネートフィルム外装材９０に収容したとき、開口部９３と反対側から、正極引き出しタブ１２０及び負極引き出しタブ１３０が引き出されるように、電極積層体６０を収容する工程を示すものである。
【００２６】
なお、ラミネートフィルム外装材９０よりなる電池１００から引き出される正極引き出しタブ１２０や負極引き出しタブ１３０などの金属片は、「引き出しタブ」と称することとし、ラミネートフィルム外装材９０の内側でセパレータや電解液８０などを介して積層されているシート状正極やシート状負極を「電極」と称する。
【００２７】
また、電極積層体６０には、上記のように複数のシート状正極と複数のシート状負極とがセパレータを介して積層したものの他に、シート状正極とシート状負極とがセパレータを介し積層したものを巻回し、これが圧縮されることにより積層体をなすものも含まれる。
【００２８】
また、セパレータとしては矩形の枚葉状のものに限らず、電極を収容することで、シート状正極とシート状負極との間に介在する袋状のものを用いるようにしてもよい。特に、袋状のセパレータは、枚葉状のものにはない、熱融着によって形成された重ね合わせ部があることから、膨張した空気が枚葉状のものと比較して抜けにくくなることがあるため、本発明の効果をより享受することが可能となる。なお、セパレータを袋状にする場合には、電解液の通り易さを考慮すると、開口部に対応する側のセパレータの一部は熱融着されていないことが好ましく、特に間欠的に溶着されていることが好ましい。
【００２９】
また、ラミネートフィルムは、１枚の矩形状金属ラミネートフィルムを折り返し、折り
返した以外の部分から正極引き出しタブ１２０及び負極引き出しタブ１３０が取り出され、正極引き出しタブ１２０及び負極引き出しタブ１３０が取り出された辺以外を開口部とする構造としてもよい。
【００３０】
図２は電極積層体６０を収容した、上記のようなラミネートフィルム外装材９０の開口部９３に応力を加えることで、その開口面積を広げる開口工程を説明する図である。なお、図２以降、ラミネートフィルム外装材９０を透過的に図示している。
【００３１】
図２において、開口部９３の開口面積を広げるためにラミネートフィルム外装材９０に加える応力の向きは矢印の方向である。本発明においては、このような開口工程によって、開口部９３の開口面積Ｓ（図中斜線部）を確保するようにしている。
【００３２】
ここで、ラミネートフィルムの開口部の幅をＡ（ｍｍ）、ラミネートフィルムに収容する電極積層体６０の高さ（厚さ）をＢ（ｍｍ）とした場合、Ｓ≧（Ａ×Ｂ）÷２（ｍｍ2
）とすることが好ましい。
【００３３】
上記のような開口工程で、ラミネートフィルム外装材９０に加える応力を確保するためには、例えば、開口部９３付近の吸着を行う治具により、これを行っても良いし、或いは、開口部９３の形状を保持する治具により、これを行っても良い。
【００３４】
図３は、前記注液工程の後、前記開口工程によって開口部９３の開口面積が広げられた状態で、真空含浸を行う含浸工程を経た状態を示す図である。この含浸工程は、所定の真空チャンバー（不図示）内に、電極積層体６０、電解液８０を収納したラミネートフィルム外装材９０に載置して、これが行われる。
【００３５】
本発明においては、開口工程によって開口部９３の開口面積が広げられた状態で、真空含浸を行う含浸工程が実施されるので、電極積層体６０、電解液８０中の気泡が破裂しやすくなるとともに、開口部９３の反対側に電解液が回り込みやすいことから膨張した空気が電解液面を押し上げたとしても、フィルム外装材９０の開口部９３から電解液が溢れ出ることや、後に封口する部分に多量の電解液が付着してしまうことがなく、製造効率が向上する。
【００３６】
ところで、電池を製造する際には、上記のような含浸工程に引き続き、フィルム外装材９０の開口部９３を真空下で封止する封止工程が実施する必要がある。封止工程においては、所定の真空チャンバー（不図示）内で、所定の真空度が保たれた状態で、図４中の斜線部に熱をかけることでフィルム外装材９０の熱融着樹脂層を溶着して、開口部９３を封口する。これにより、電極積層体６０と電解液８０とが封入されたラミネートフィルム外装材９０から、正極引き出しタブ１２０及び負極引き出しタブ１３０が引き出された状態の電池１００が完成する。ここで、このような電池においては、ラミネートフィルム外装材の中に封入される電解液は多いほど好ましいが、一方で、電解液を増やすために電極積層体の形状よりも余分なスペースを過剰に設けてしまうと電池の形状が大きくなってしまい好ましくない。
【００３７】
そこで、含浸工程における真空度は、封止工程における真空度より高く設定することが好ましい。このように設定することで、封止工程においても、ラミネートフィルム外装材９０の開口部９３から電解液８０が溢れ出てしまうトラブルを防ぐことができ、電池１００の製造効率を向上させることが可能となる。
【００３８】
以上、本発明に係る電池の製造方法によれば、開口工程によって開口部の開口面積が広げられた状態で、真空含浸を行うので、フィルム外装材内に電解液が貯溜される体積を十
分確保することが可能となり、含浸工程において、膨張した空気が想定通りに抜けず、電解液面を押し上げたとしても、フィルム外装材の開口部から電解液が溢れ出てしまうことがなく、製造効率が向上する。
【００３９】
含浸工程における真空度が、封止工程における真空度より高くされることで、封止工程においても、フィルム外装材の開口部から電解液が溢れ出てしまうことがなくなる。
【符号の説明】
【００４０】
６０・・・電極積層体、６２・・・集電体、６３・・・集電体、８０・・・電解液、９０・・・ラミネートフィルム外装材、９１・・・熱溶着部、９２・・・熱溶着部、９３・・・開口部、１００・・・電池、１１０・・・電池本体部、１２０・・・正極引き出しタブ、１３０・・・負極引き出しタブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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