(57)【要約】【課題】  品質保持性能がより高く、電池性能向上可能な電気化学デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】  略矩形のシート状に成形された正極１０ｐと負極１０ｎとをセパレータを介して対向配置してなる積層体と電解液とがフィルム状の外装体１００内に密封されている電気化学デバイスの製造方法であって、前記積層体および前記電解液を密封すべく互いに接合されることとなる外装体１００の領域表面に、プラズマ放電を照射するステップと、プラズマ放電を照射した外装体１００の領域表面同士を接合させるステップとを有している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略矩形のシート状に成形された正極と負極とをセパレータを介して対向配置してなる積層体と電解液とがフィルム状の外装体内に密封されている電気化学デバイスの製造方法であって、
前記積層体および前記電解液を密封すべく互いに接合されることとなる前記外装体の領域表面に、プラズマ放電を照射するステップと、
前記プラズマ放電を照射した前記外装体の領域表面同士を接合させるステップと、
を有している電気化学デバイスの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電気化学デバイスの製造方法であって、
前記積層体を構成している前記正極の表面及び前記負極の表面あるいはそのいずれかの表面にプラズマ放電を照射するステップを有している電気化学デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電池等の電気化学デバイスに関し、特に電気化学デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子ペーパ、ＩＣタグ、ＩＣカード、電子キーなどのさまざまな薄型電子機器が実用化されてきている。これらの薄型電子機器用の電源としては、同様に薄型形状のものが求められ、ラミネートタイプの電池が組み込まれるのが通常である。また、電気自動車の電源、運搬型電源である大容量電池としても、搭載場所、設置場所の縮小化のため、ラミネートタイプの電池が用いられるようになっている。このラミネートタイプの電池の一例として、例えば特許文献１には、リチウム電池本体の正極および負極の各々に接続された金属端子を外側に突出した状態で挟持して熱接着して密封するタイプのリチウム電池用の積層体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８１６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の積層体は、積層体自体としての耐電解液性、耐腐蝕性、水蒸気バリア性等の物性を向上させることで、ラミネートタイプ電池としての密封性を高めるようにしている。しかし、積層体自体としての密封性が向上しても、積層体を密封すべく接合する部分が十分な封止性能を有していなければ、電池として必要な密封性を確保することは困難である。例えば、積層体を熱融着により密封する場合、その熱融着される部分の接合性が充分でない場合には、高湿条件下で保管、又は使用したとき、熱融着で封止した容器内に外部から水分が浸入することがあり、それによって電池の膨れ、内部抵抗の増大といった電池特性の劣化が生じることがあるという問題があった。このような不十分な接合は特に電池の電極から突出しているタブの部分で生じやすいことが知られている。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解決し、使用期間及び保管期間を通じて特性劣化を可及的に防ぐことができるとともに、品質保持性能がより高い電気化学デバイスの製造方法を提供することを一つの目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
略矩形のシート状に成形された正極と負極とをセパレータを介して対向配置してなる積層体と電解液とがフィルム状の外装体内に密封されている電気化学デバイスの製造方法であって、
前記積層体および前記電解液を密封すべく互いに接合されることとなる前記外装体の領域表面に、プラズマ放電を照射するステップと、
前記プラズマ放電を照射した前記外装体の領域表面同士を接合させるステップと、
を有している。
【０００７】
また、前記電気化学デバイスの製造方法には、前記積層体を構成している前記正極の表面及び前記負極の表面あるいはそのいずれかの表面にプラズマ放電を照射するステップを設けることができる。
【発明の効果】
【０００８】
上記本発明の一態様によれば、使用期間及び保管期間を通じて特性劣化を可及的に防ぐことができるとともに、品質保持性能がより高い電気化学デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一般的なラミネートタイプ電気化学デバイス１の外観例を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の電気化学デバイス１の横断面図である。
【図３】図３は、本実施形態の電気化学デバイス１の製造工程を示す模式図である。
【図４】図４は、本実施形態の電気化学デバイス１の製造工程を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る電気化学デバイス１と、比較例とにおいて、電池厚み、内部抵抗の経時的変化を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る電気化学デバイス１と、比較例とにおいて、ハイレート放電特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態につき、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るラミネートタイプ電気化学デバイス１の外観を例示している図である。図１に示すように、電気化学デバイス１は、外装体１００内に電解液を含む発電要素が収納されて構成されている。発電要素における正極と負極の各電極端子に接続されて、外部機器と接続するための電極板（タブ）４０が外装体１００の外に露出している。
【００１１】
外装体１００は、略矩形状の２枚のラミネートフィルムの四辺の縁を貼り合わせることにより構成されている。一般に、ラミネートフィルムは、アルミニウムなどからなる金属薄膜を基材として、電気化学デバイス１の外側、すなわち外装体１００のおもて面にポリエステル、ナイロンなどの樹脂からなる保護層を設け、外装体１００の裏側、すなわち電気化学デバイス１の内側となる面に、熱融着性樹脂による熱融着層を設けたものである。
【００１２】
図２に、図１の電気化学デバイス１の横断面図の例を示している。図２において、電気化学デバイス１の発電要素２０は、集電体となるシート状導電体１１の表面に、正極活物質１１ｐ、および負極活物質１１ｎを略矩形状に塗布してなる正極１０ｐ、負極１０ｎと、セパレータ３０とを備えている。
【００１３】
シート状導電体１１は、略矩形の一辺に電力の取り出し口となる電極端子を突設させた平面形状である。正極１０ｐと負極１０ｎとが、正極活物質１１ｐ、および負極活物質１１ｎが互いに対向するようにセパレータ３０を介して対面配置されて、発電要素２０が構成されている。この発電要素２０が、電解液とともに外装体１００内に密閉状態で収納されている。シート状導電体１１に形成されている電極端子には、外部回路と接続するためのタブ４０が超音波溶接などの方法によって融着されている。
【００１４】
なお、図２に示した例では、発電要素２０を、１対の正極１０ｐと負極１０ｎとをセパレータ３０を介して対向配置させた単層構造として示している。このような単層構造だけでなく、周知のように、複数の正極１０ｐと負極１０ｎとの組合せを有する多層構造として電気化学デバイス１を構成することもできる。また、図２に図示されている各要素の形状、および相対的なサイズの関係は説明のための一例であって、設計上の要請等に応じて適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００１５】
次に、本実施形態に係る電気化学デバイス１の製造方法について説明する。図３、図４に、本発明に係る電気化学デバイス１の製造工程を、模式的に示している。まず、図３に示すように、袋状に発電要素２０及び電解液を密封することとなる外装体１００を用意する。図３の例では、理解を容易とするために、外装体１００の正極１０ｐが貼り付けられる側のみを示している。外装体１００の一方の面に、シート状導電体１１に正極活物質１１ｐを塗布して形成したシート状の正極１０ｐを、正極活物質１１ｐが露出されるように配置する。この状態で、正極１０ｐと、それが配置されている外装体１００の内表面全体に対して、プラズマ放電を照射する。図３、図４では、このプラズマ放電が照射される領域を、プラズマ照射領域１５０（図中の打点網掛け表示部）と表示している。
【００１６】
図４に、正極１０ｐ及び外装体１００の内表面にプラズマ照射する処理について、より詳しく例示している。図４は、図３における外装体１００の内表面を、正極１０ｐを貼り付けた側から矢印Ａの方向で見た状態を模式的に表している。図４では、４組のラミネートタイプ電池となる外装体１００が横方向に並べて配置されており、４つの正極１０ｐが貼り付けられている。このように、正極１０ｐを外装体１００に貼り付けた状態でプラズマ照射を行うので、外装体１００の内表面の処理と正極１０ｐ表面の処理とを一括して実施することができる。なお、５組以上の外装体１００を並置して一括処理するようにしてもよい。
【００１７】
図４の外装体１００の内表面及びそれに貼り付けられた正極１０ｐに対して、プラズマ放電発生装置２００に設けられているプラズマ放電発生ワーク２５０を近接配置し、タブ４０の部分を含む外装体１００の内表面及び正極１０ｐ表面に対してプラズマ放電２６０を照射する。プラズマ照射処理後は、正極１０ｐの上にセパレータ３０及び負極１０ｎと反対側の外装体１００を配置して電解液を注入後、構成された発電要素２０の周囲の部分の外装体１００を熱融着して、発電要素２０を電解液とともに密封したラミネートタイプ電池を得る。なお、プラズマ放電の条件は、外装体１００等の仕様に従って、適宜設定することができる。
【００１８】
樹脂材料で形成された外装体１００の内表面に、プラズマ放電を照射することによる作用として、プラズマ放電が照射された外装体１００の内表面に、極性基を生成して化学的改質を行い、熱融着した際の親和性を高めることがあげられる。また、プラズマ放電の照射により、外装体１００内表面に付着していた皮脂膜等の汚れがＣＯ２等に分解されて除去されることで、外装体１００内表面が清浄な状態となる。これらの作用により、外装材１００の内表面同士の接着強度が向上する。ひいては、外装体１００の発電要素２０の密封性が向上し、電池としての使用期間中あるいは保管期間中における品質保持性能が向上する。
【００１９】
また、プラズマ放電によって正極１０ｐの正極活物質１１ｐの表面に微細な凹凸が生成される、いわゆる表面粗し効果及び親水性官能基が付与されるため、正極活物質１１ｐ表面の親水性が向上し、電解液の液染みが向上するので、完成電池の内部抵抗を低減させることができ、電池の性能向上が図られる。
【００２０】
なお、本実施形態では正極１０ｐに対してのみプラズマ照射を実施しているが、負極１０ｎの負極活物質１１ｎに対して、あるいは正極１０ｐ及び負極１０ｎの両方に対してプラズマ照射を実施した場合も、同様の電池性能向上効果を得ることができる。
【００２１】
以上のように、本実施形態の製造方法によれば、外装体１００の熱融着される内表面に対してプラズマ照射したことにより、熱融着した部分の強度が向上し、それにより外部から外装体１００内への水分浸入が防止されるなど、外装体１００の密封性能が向上し、それにより電池としての品質保持性能が向上する。また、正極１０ｐの適度な表面粗し効果及び親水性官能基の付与による電解液の液染みにより内部抵抗が低減され、電池性能の向上を図ることができる。
【００２２】
以上説明した実施形態の効果を、より具体的に説明する。本実施形態の製造方法により製造した電気化学デバイス１と、プラズマ処理なしで製造した電気化学デバイス（比較例）とについて、ピール強度試験を実施した結果を表１に示している。熱融着処理は、温度１９０℃において、２秒間で実施した。ピール強度試験は、材料同士の接着評価として、ＰＰａ（変性ポリプロピレン）とアルミニウム、ＰＰａとＰＰａについて、サイズ２．５ｍｍ×４ｍｍの融着サンプルを用意して実施した。テストスピードは１０ｍｍ／分と設定し、得られた最大数値を強度として記録した。試験は、本実施形態と比較例について、各材質に対して５回ずつ実施して平均値で評価した。表１では、本実施形態の処理済みのものについて、未処理の場合のピール強度数値を１００とした相対値で表示している。
【００２３】
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【００２４】
表１に示すように、ＰＰａ／Ａｌの外装体１００では、本実施形態のプラズマ処理を実施した場合、未処理のものと比較してピール強度が約３０％近く向上した。また、ＰＰａ／ＰＰａの外装体１００では、本実施形態のプラズマ処理を実施した場合、未処理のものと比較してピール強度が約５０％程度向上した。このように外装体１００の熱融着による接合部の強度が増大するので、本実施形態のプラズマ処理を実施した電気化学デバイス１では、外装体１００による発電要素２０の密封性が高まり、品質保持性能が向上する。
【００２５】
図５に、本実施形態の電気化学デバイス１と、プラズマ未処理の比較例とについて、保存日数に対する内部抵抗、及び電池厚みの変化率を示している。サンプルとしては、厚さが０．４５ｍｍ以下で、２７ｍｍ×２２ｍｍのサイズのラミネートセルを用いた。保存条件は、温度６０℃、相対湿度９０％とした。図５から明らかなように、本実施形態における電気化学デバイス１は、比較例と比べて保存中の電池厚み増大は小さく、また内部抵抗が極大となるまでの時間は長い。具体的には、内部抵抗について見ると、破線で示した未処理の比較例では、保存日数４０日で内部抵抗が極大となり電池としての機能を喪失しているのに対して、実線で示す本実施形態の場合には、電池の機能を保持した保存日数が６０日まで伸びている。これは、外装体１００の熱融着による融着部強度が増大したため、保管中の外装体１００の膨張による電池厚み増大が抑止され、それにより発電要素２０の変形による内部抵抗増大も抑制されるためであると考えられる。
【００２６】
次に、放電試験における内部抵抗の変化について説明する。本実施形態のプラズマ処理を実施した電気化学デバイス１と、未処理の比較例について、放電レート１ｍＡ、温度２３℃の同一条件で放電試験を実施し、内部抵抗を測定した。その結果を表２に示している。サンプルは、本実施形態のもの、比較例のものを５個ずつ用意して、測定結果数値の平均値により比較し、初期抵抗値と放電後の抵抗値との変化を、未処理の場合を１００とした相対変化で表示した。
【００２７】
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【００２８】
表２から明らかなように、本実施形態の電気化学デバイス１においては、プラズマ処理なしの比較例の場合よりも、内部抵抗の初期抵抗値、放電後抵抗値ともに、２０％程度小さい値が得られた。これは、正極活物質１１ｐ表面のプラズマ処理による親水性向上と、それによる電解液の液染み向上により、内部抵抗の減少効果が得られたものと考えられる。これにより、本実施形態における電池容量は、比較例に対して１．２倍程度増大した。
【００２９】
図６には、本実施形態の電気化学デバイス１と、プラズマ処理なしの比較例とについて、放電レートを１ｍＡ定電流とした場合の電圧変化を示している。図示の通り、前記した内部抵抗の低下により、本実施形態のプラトー電圧は、比較例よりも高い数値が得られている。
【００３０】
以上、本発明の実施形態によって説明したように、本発明の実施形態に係る製造方法によれば、外装体１００の熱融着による強度が増大するので、本実施形態のプラズマ処理を実施した電気化学デバイス１では、発電要素２０の密封性が高まり、品質保持性能が向上する。また、内部抵抗の減少によって、ハイレート特性の向上と、電池容量の向上を達成することができるといった効果を奏する。
【符号の説明】
【００３１】
１  電気化学デバイス    １０ｐ  正極          １０ｎ  負極
１１  シート状導電材    １１ｐ  正極活物質    １１ｎ  負極活物質
２０  発電要素          ３０    セパレータ    ４０    タブ
１００  外装体        １５０    プラズマ処理領域
２００  プラズマ放電発生装置    ２５０  プラズマ放電発生ワーク
２６０  プラズマ放電
【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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