(57)【要約】【課題】  製造条件の幅を広げ、容易に歩留まりを向上させることができる電池の製造方法を提供する。【解決手段】  巻回電極体を形成したのち、ラミネートフィルムよりなる外装部材の間に挟み込み、リードを外装部材の外側に引き出して、外装部材の周縁部を加熱しつつ加圧して貼り合わせる。その際、圧力を多段階に順に高くなるように変化させて加える。これによりリードにかかる衝撃が小さくなり、リードの切断が防止される。また、最終段階では高い圧力を加えるので、温度を必要以上に高くしなくても外装部材を確実に貼り合わせることができる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラミネートフィルムの周縁部を貼り合わせた外装部材の内部に、正極および負極と共に電解質を封入した電池の製造方法であって、
正極および負極にそれぞれ取り付けられた各リードを外装部材の内側から外側に引き出し、外装部材の周縁部を加熱しつつ加圧して貼り合わせる際に、少なくともリードを引き出した領域については圧力を多段階に変化させて加えることを特徴とする電池の製造方法。
【請求項２】
圧力は順に高くなるように変化させることを特徴とする請求項１記載の電池の製造方法。
【請求項３】
加圧は２段階に分けて行い、１段階目よりも２段階目の圧力を高くすることを特徴とする請求項１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、外装部材にラミネートフィルムを用いた電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯型の電子機器が次々と開発されており、その電源として電池が重要な位置を占めるようになっている。携帯型電子機器には小型かつ軽量であることが要求されるので、それに伴い電池に対しても、小型かつ軽量であることが求められている。また、電子機器の収納スペースを効率的に使えるように、形状の自由度の大きなものが求められている。このような要求を満たす電池としては、例えば、外装部材にラミネートフィルムを用いた電池がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この電池では、正極および負極を電解質と共にラミネートフィルムの内部に収納し、ラミネートフィルムの周縁部を加熱しながら加圧して貼り付けることにより、密閉している（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−７５２９７号公報
【特許文献２】特開平９−１９９１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電池の更なる小型化および軽量化の求めに応じて、ラミネートフィルムおよびリードについてもより薄いものが用いられるようになってきたので、ラミネートフィルムを貼り付ける際の温度および圧力の範囲が非常に狭くなり、高い精度で制御しなければならないという問題があった。例えば、圧力が少し高いとリードが切断してしまい、逆に少し低いと貼り付けが不十分となって密閉性が低下してしまう。また、温度を少し高くするとラミネートフィルムの樹脂層が溶け易くなるので、リードは切れにくく密閉性も向上するが、ラミネートフィルムの金属層がリードに接触して短絡が発生しやすくなってしまう。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、製造条件の幅を広げ、容易に歩留まりを向上させることができる電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による電池の製造方法は、ラミネートフィルムの周縁部を貼り合わせた外装部材の内部に、正極および負極と共に電解質を封入した電池を製造する方法であって、正極および負極にそれぞれ取り付けられた各リードを外装部材の内側から外側に引き出し、外装部材の周縁部を加熱しつつ加圧して貼り合わせる際に、少なくともリードを引き出した領域については圧力を多段階に変化させて加えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の電池の製造方法によれば、圧力を多段階に変化させて加えるようにしたので、リードにかかる衝撃を小さくしつつ、外装部材を確実に貼り合わせることができる。よって、貼り合わせ時の温度および圧力の範囲を広くすることができ、製造歩留まりを容易に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は本発明の一実施の形態に係る電池の製造方法の工程を表すものである。また、図２は図１に示した電池の製造方法を用いて製造する電池を分解して表すものであり、図３は図２に示した巻回電極体１０の断面構造の一部を拡大して表すものである。なお、本実施の形態では、電極反応物質にリチウム（Ｌｉ）を用いた電池を製造する場合について説明する。
【０００９】
まず、例えば、正極活物質と、炭素材料などの導電剤と、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。正極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵および離脱することが可能な正極材料の１種または２種以上を用いる。
【００１０】
リチウムを吸蔵および離脱することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム酸化物，リチウムリン酸化物，リチウム硫化物あるいはリチウムを含む層間化合物などのリチウム含有化合物が好ましい。特に、エネルギー密度を高くするには、一般式Ｌｉx ＭＩＯ2 あるいはＬｉy ＭIIＰＯ4 で表されるリチウム複合酸化物あるいはリチウムリン酸化物が好ましい。なお、式中、ＭＩおよびＭIIは１種類以上の遷移金属を表し、例えば、コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），マンガン（Ｍｎ），鉄（Ｆｅ），アルミニウム（Ａｌ），バナジウム（Ｖ）およびチタン（Ｔｉ）のうちの少なくとも１種が好ましい。ｘおよびｙの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、０．０５≦ｘ≦１．１０、０．０５≦ｙ≦１．１０の範囲内の値である。Ｌｉx ＭＩＯ2 で表されるリチウム複合酸化物の具体例としては、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ2 ）、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉＮｉＯ2 ）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（Ｌｉz Ｎｉv Ｃｏ1-v Ｏ2 ；ｚおよびｖは例えば０. ０５＜ｚ＜１、０＜ｖ＜１である）、あるいはスピネル型結晶構造を有するリチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ2 Ｏ4 ）などが挙げられる。また、Ｌｉy ＭIIＰＯ4 で表されるリチウムリン酸化物の具体例としては、ＬｉＦｅＰＯ4 などが挙げられる。
【００１１】
次いで、この正極合剤スラリーを、例えばアルミニウム箔，ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔よりなる正極集電体１１Ａに塗布し溶剤を乾燥させたのち、圧縮成型して正極活物質層１１Ｂを形成し、正極１１を作製する（ステップＳ１０１）。
【００１２】
続いて、例えば、負極活物質と、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーとする。負極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵および離脱することが可能な負極材料の１種または２種以上を用いる。
【００１３】
リチウムを吸蔵および離脱することが可能な負極材料としては、例えば、黒鉛，難黒鉛化性炭素あるいは易黒鉛化性炭素などの炭素材料が挙げられる。また、リチウムと合金を形成可能な金属元素の単体、合金あるいは化合物、またはリチウムと合金を形成可能な半金属元素の単体、合金あるいは化合物も挙げられる。
【００１４】
このような金属元素あるいは半金属元素としては、スズ（Ｓｎ），鉛（Ｐｂ），アルミニウム，インジウム（Ｉｎ），ケイ素（Ｓｉ），亜鉛（Ｚｎ），アンチモン（Ｓｂ），ビスマス（Ｂｉ），カドミウム（Ｃｄ），マグネシウム（Ｍｇ），ホウ素（Ｂ），ガリウム（Ｇａ），ゲルマニウム（Ｇｅ），ヒ素（Ａｓ），銀（Ａｇ），ジルコニウム（Ｚｒ），イットリウム（Ｙ）またはハフニウム（Ｈｆ）が挙げられ、スズあるいはケイ素が好ましい。これらの合金あるいは化合物としては、例えば、化学式Ｍａs Ｍｂt Ｌｉu 、あるいは化学式Ｍａp Ｍｃq Ｍｄr で表されるものが挙げられる。これら化学式において、Ｍａはリチウムと合金を形成可能な金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を表し、ＭｂはリチウムおよびＭａ以外の金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を表し、Ｍｃは非金属元素の少なくとも１種を表し、ＭｄはＭａ以外の金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を表す。また、ｓ、ｔ、ｕ、ｐ、ｑおよびｒの値はそれぞれｓ＞０、ｔ≧０、ｕ≧０、ｐ＞０、ｑ＞０、ｒ≧０である。
【００１５】
次いで、この負極合剤スラリーを、例えば、銅箔，ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている負極集電体１２Ａに塗布し溶剤を乾燥させたのち、圧縮成型して負極活物質層１２Ｂを形成し、負極１２を作製する（ステップＳ１０２）。
【００１６】
続いて、正極集電体１１Ａにリード１３を取り付けると共に、負極集電体１２Ａにリード１４を取り付けたのち、正極活物質層１１Ｂおよび負極活物質層１２Ｂの上に電解質層１５を形成する（ステップＳ１０３）。電解質層１５は、例えば、電解液と、高分子化合物と、この高分子化合物の溶剤とを混合して、この混合物を正極活物質層１１Ｂおよび負極活物質層１２Ｂの上に塗布して乾燥させ、溶剤を揮発させることにより形成する。
【００１７】
電解液には、溶媒にリチウム塩などの電解質塩を溶解させたものを用いる。溶媒としては、例えば、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、炭酸ブチレン、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、１，３−ジオキソール−２−オン、４−ビニル−１，３−ジオキソラン−２−オン、エチレンスルフィド、γ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、酢酸エステル、酪酸エステル、あるいはプロピオン酸エステルなどの非水溶媒が挙げられる。溶媒には１種を単独で用いてもよいが２種以上を混合して用いてもよい。
【００１８】
リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＡｓＦ6 ，ＬｉＢＦ4 ，ＬｉＣｌＯ4 ，ＬｉＢ（Ｃ6 Ｈ5 ）4 ，ＬｉＣＨ3 ＳＯ3 ，ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 ，ＬｉＮ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 ，ＬｉＮ（Ｃ2 Ｆ5 ＳＯ2 ）2 ，ＬｉＮ（Ｃ4 Ｆ9 ＳＯ2 ）（ＣＦ3 ＳＯ2 ），ＬｉＣ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）3 ，ＬｉＣ4 Ｆ9 ＳＯ3 ，ＬｉＡｌＣｌ4 、ＬｉＳｉＦ6 、ＬｉＣｌあるいはＬｉＢｒが挙げられる。リチウム塩には１種を単独で用いてもよいが２種以上を混合して用いてもよい。
【００１９】
高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンあるいはポリカーボネートが挙げられる。
【００２０】
そののち、電解質層１５を形成した正極１１と負極１２とをセパレータ１６を介して積層し、長手方向に巻回して巻回電極体１０を形成する（ステップＳ１０４）。セパレータ１６には、例えば、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミックス性の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜が用いられ、これら２種以上の多孔質膜を積層しても用いてもよい。
【００２１】
次いで、巻回電極体１０をラミネートフィルムよりなる外装部材２０の間に挟み込み、リード１３，１４を外装部材２０の内側から外側に引き出す（ステップＳ１０５）。ラミネートフィルムには、例えば樹脂層の間に金属層を挟んだものを用いる。具体的には、例えば、ナイロンフィルムと、アルミニウム箔と、ポリオレフィンフィルムとをこの順に張り合わせたものが好ましい。
【００２２】
続いて、外装部材２０の周縁部を加熱しつつ加圧して貼り合わせる（ステップＳ１０６）。例えば、図示しないが、巻回電極体１０の形状に合わせて窪みが形成された上下２つの押圧部材の間に、外装部材２０に挟み込んだ巻回電極体１０を置き、押圧部材を加熱しながら上下に移動させて外装部材２０を加圧する。
【００２３】
その際、圧力は多段階に変化させて加える。例えば、図４に示したように、２段階に分けて加圧し、１段階目よりも２段階目の圧力を高くするようにする。すなわち、順に圧力が高くなるように変化させる。このように多段階に変化させて加圧することにより、１段階で加圧する場合に比べてリード１３，１４にかかる衝撃が小さくなり、リード１３，１４の切断が抑制される。また、最終段階では高い圧力を加えるので、温度を必要以上に高くしなくても、高い密閉性が得られる。
【００２４】
各段階における圧力はその段階において一定である必要はなく、例えば図４に示したように徐々に変化していてもよい。これは加圧速度によるものであり、加圧速度が遅ければ設定圧力まで徐々に圧力が増加し、加圧速度が速ければ設定圧力まですぐに到達してその圧力が一定時間保持される。各段階の時間は任意である。
【００２５】
なお、外装部材２０の周縁部は各辺を同時に貼り合わせてもよいが、リード１３，１４を引き出した辺と、他の辺とを分けて貼り合わせてもよい。例えば、１枚のラミネートフィルムを折り曲げて用いる場合には、リード１３，１４を引き出した辺と、他の２辺とを分けて貼り合わせてもよく、２枚のラミネートフィルムを用いる場合には、リード１３，１４を引き出した辺と、他の３辺とを分けて貼り合わせてもよい。この場合、少なくともリード１３，１４を引き出した辺については、上述したように圧力を多段階に変化させて貼り合わせる。他の辺については、多段階に変化させなくてもよい。
【００２６】
これにより、図２および図３に示した電池が完成する。
【００２７】
また、図５に示したようにして製造してもよい。まず、例えば上記製造方法と同様にして正極および負極１２を作製したのち（ステップＳ２０１，２０２）、正極集電体１１Ａにリード１３を取り付けると共に、負極集電体１２Ａにリード１４を取り付け、正極１１と負極１２とをセパレータ１６を介して積層し巻回する（ステップＳ２０３）。次いで、これをラミネートフィルムよりなる外装部材２０の間に挟み込み、外装部材２０の周縁部を１辺を残して加熱しつつ加圧して貼り合わせ、袋状とする（ステップＳ２０４）。その際、リード１３，１４は外装部材２０の開放辺から外側に引き出す。
【００２８】
続いて、外装部材２０の内部に電解液と高分子化合物の原料であるモノマーとを含む電解質組成物を注入し（ステップＳ２０５）、外装部材２０の開放辺、すなわちリード１３，１４を引き出した辺を加熱しつつ加圧して貼り合わせる（ステップＳ２０６）。その際、圧力は上記製造方法で説明したように多段階に変化させて加える。そののち、例えば加熱することにより電解質組成物を重合させる。これにより、図２および図３に示した電池が完成する。
【００２９】
なお、上記工程では、ステップＳ２０４においてリード１３，１４を引き出した辺を開放辺とし、ステップＳ２０６においてその開放辺を圧力を多段階に変化させて貼り合わせる場合について説明したが、ステップＳ２０４においてリード１３，１４を引き出した辺を貼り合わせ、他の辺を開放辺としてもよい。その場合には、リード１３，１４を引き出した辺を貼り合わせるステップＳ２０４において圧力を多段階に変化させるようにする。
【００３０】
このように本実施の形態によれば、外装部材２０の周縁部のうちリードを引き出した領域を貼り合わせる際に、圧力を多段階に変化させて加えるようにしたので、リードにかかる衝撃を小さくしつつ、外装部材２０を確実に貼り合わせることができる。よって、貼り合わせ時の温度および圧力などの製造条件の幅を広くすることができ、製造歩留まりを容易に向上させることができる。
【実施例】
【００３１】
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００３２】
図１に示した工程に従い図２および図３に示した構造を有する電池を作製した。外装部材２０には、ナイロンフィルムと、アルミニウム箔と、ポリプロピレンフィルムとをこの順に貼り合わせた厚み８５μｍのものを用いた。外装部材２０の周縁部を貼り合わせる際には、リード１３，１４に合わせて溝を形成した押圧部材を用い、各辺を同時に貼り合わせた。押圧部材は、リード１３，１４に合わせた溝の深さを９５μｍから１７０μｍの範囲内で変えたものを複数用意し、それぞれについて圧力および温度の条件を変えて電池を作製した。圧力は２段階に変化させて加え、１段階目の設定圧力は０．１ＭＰａ、２段階目の設定圧力は０．１５ＭＰａまたは０．２ＭＰａとした。設定圧力というのは各段階における到達圧力ということである。温度は、１８５℃、１９５℃、または２０５℃とした。
【００３３】
また、比較例として、外装部材の周縁部を貼り合わせる際の圧力を１段階で加えたことを除き、他は同様にして電池を作製した。設定圧力、すなわち到達圧力は、０．１ＭＰａ、０．１５ＭＰａまたは０．２ＭＰａとした。押圧部材は、リード１３，１４に合わせた溝の深さを９５μｍから１４０μｍの範囲内で変化させた。
【００３４】
作製した各電池について、リード１３，１４が切断していないかどうか、およびリード１３，１４と外装部材２０との間に隙間がないかどうかを検査した。その結果を図６，７に示す。図６，７において、○はリード１３，１４の切断がなく、かつ外装部材２０の貼り合わせにも隙間がない良品を示し、×* はリード１３，１４の切断が認められた不良品を示し、×**は外装部材の貼り合わせに隙間が認められた不良品を示している。
【００３５】
図６と図７とを比較すれば分かるように、圧力を２段階に変化させて加えた実施例によれば、溝の深さ、圧力および温度を変化させても広い範囲内において良品を得る事ができたのに対して、圧力を１段階で加えた比較例によれば、一部の狭い範囲内でしか良品を得ることができなかった。すなわち、外装部材２０の周縁部を貼り合わせる際に、圧力を多段階に変化させて加えるようにすれば、製造条件の幅が広くなり、製造歩留まりを容易に向上させることができることが分かった。
【００３６】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例においては、電池の構成について具体的に説明したが、本発明は、外装部材２０にラミネートフィルムを用いた電池であれば、他の構成を有するものを製造する場合にも同様に適用することができる。
【００３７】
例えば、電解質層１５を形成せずに、電解液、すなわち液状の電解質をセパレータ１６に含浸させるようにしてもよい。また、電解質層１５を他の材料、例えば溶媒を用いずにイオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分散させたもの、または無機イオン伝導体により形成するようにしてもよい。更に、正極１１および負極１２を他の材料により構成するようにしてもよく、電極反応物質もリチウムに限定されない。加えて、正極１１および負極１２を巻回して巻回電極体１０とするのではなく、正極と負極とを１層以上ずつ積層した積層体としてもよく、また、正極と負極とを積層して折り畳んだ構造としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電池の製造方法を表す流れ図である。
【図２】図１に示した電池の製造方法を用いて作製する電池の構成を分解して表す斜視図である。
【図３】図２に示した電池における巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。
【図４】図１に示した工程ステップＳ１０６を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る他の電池の製造方法を表す流れ図である。
【図６】本発明の実施例における製造条件と良・不良の結果とを表す関係図である。
【図７】比較例における製造条件と良・不良の結果とを表す関係図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０…巻回電極体、１１…正極、１１Ａ…正極集電体、１１Ｂ…正極活物質層、１２…負極、１２Ａ…負極集電体、１２Ｂ…負極活物質層、１３，１４…リード、１５…電解質層、１６…セパレータ、２０…外装部材。
【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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【図６】
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【図７】
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