(57)【要約】【課題】蓄電装置の生産性を向上させ、かつ設備の複雑化を抑制できる蓄電装置の製造方法を提供する。【解決手段】二次電池は、正極電極及び負極電極を絶縁した層状構造を有する電極組立体と、注液口を有し、電極組立体及び電解液を収容したケースを備える。ケースの注液口を仮封止部材によって仮封止した後、拘束治具によって複数の二次電池を電極組立体の積層方向にまとめて拘束する。複数の二次電池をまとめて拘束した状態で、初期充放電を行い、その後、ケース内のガスを注液口からケース外に放出するガス抜きを行う。ガス抜き後、複数の二次電池の拘束を解除し、二次電池を拘束治具から取り出す。そして、単体の二次電池に対してケースの注液口を本封止部材によって本封止する。本封止後、複数の二次電池を電極組立体の積層方向にまとめて拘束する。複数の二次電池をまとめて拘束した状態で自己放電させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる極性の電極同士を絶縁した層状構造を有する電極組立体と、注液口を有し、前記電極組立体及び電解液を収容したケースとを備えた蓄電装置の製造方法であって、
前記電解液が注入された前記ケースの注液口を仮封止部材によって仮封止する仮封止工程と、
前記仮封止工程後の複数の蓄電装置を前記電極組立体の積層方向にまとめて拘束する第１拘束工程と、
前記複数の蓄電装置を拘束した状態で蓄電装置の活性化処理を行う初期充放電工程と、
前記初期充放電工程後に、前記複数の蓄電装置を拘束した状態で前記ケース内のガスを前記注液口からケース外に放出するガス抜き工程と、
前記ガス抜き工程後に、前記複数の蓄電装置の拘束を解除する解除工程と、
前記解除工程後に、単体の蓄電装置に対して前記ケースの注液口を本封止部材によって本封止する本封止工程と、
前記本封止工程後に、複数の蓄電装置を前記電極組立体の積層方向にまとめて拘束する第２拘束工程と、
前記複数の蓄電装置を拘束した状態で自己放電させる自己放電工程と、
を有することを特徴とする蓄電装置の製造方法。
【請求項２】
前記本封止工程に続いて、単体の蓄電装置に対してリーク検査工程を行う請求項１に記載の蓄電装置の製造方法。
【請求項３】
前記本封止工程において、前記ケースと前記本封止部材とをレーザ溶接することで、前記ケースの注液口を本封止する請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置の製造方法。
【請求項４】
前記複数の蓄電装置から付与される荷重に合わせて、前記第１拘束工程と前記第２拘束工程とで異なる拘束治具を用いる請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の蓄電装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる極性の電極同士を絶縁した層状構造を有する電極組立体と、注液口を有し、電極組立体及び電解液を収容したケースとを備えた蓄電装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池やキャパシタなどの蓄電装置の製造方法の一例として、ケース内に電極組立体を収納した後、ケースに設けられた注液口から電解液をケース内に注入し、注液口を仮封止部材によって仮封止する。次に、蓄電装置の活性化、安定化等を図るため、初期充放電を行う。初期充放電では、１回の充電又は複数回の充放電を行うコンディショニング、及び必要に応じて恒温状態で所定期間の保管を行うエージングといった処理を行う。
【０００３】
ここで、初期充放電を行うときに、ケース内でガスが発生する場合がある。このガスに起因する内圧上昇や各電極の膨張によるケースの変形を抑制する必要があるため、例えば、電解液を蓄電装置のケース内に注入した後、そのケースを拘束治具によって拘束している。また、特許文献１に記載の蓄電装置の製造方法では、１つの拘束治具で複数の蓄電装置をまとめて拘束することで、蓄電装置を１つずつ拘束治具で拘束する手間を省いたり、運搬効率を上げたりして、蓄電装置の生産性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８２１１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
初期充放電後の蓄電装置は、仮封止部材を除去し、ケース内のガス抜きを行った後、注液口が本封止部材によって本封止される。しかしながら、複数の蓄電装置が１つの拘束治具によってまとめて拘束された状況で本封止を行おうとすると、例えば、複数の蓄電装置同士の拘束時における位置ずれなど、多くの懸念が発生する。例えば、位置ずれ対策については、本封止後、気密を長期間維持する都合上、封止栓はなるべく小さく設定され、封止栓の取付には高い精度が要求される。このため、拘束治具によって拘束された状態で本封止を行うには、複数の蓄電装置が拘束治具に拘束される際の位置精度を高くするか、あるいは個々の蓄電装置を本封止する際に、拘束治具を含めた全体を移動させる位置調整が必要となる。しかし、これらの懸念に対する対策を行うと、本封止に用いる設備が複雑化してしまう。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、蓄電装置の生産性を向上させ、かつ設備の複雑化を抑制できる蓄電装置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】
【０００７】
上記問題点を解決するための蓄電装置の製造方法は、異なる極性の電極同士を絶縁した層状構造を有する電極組立体と、注液口を有し、前記電極組立体及び電解液を収容したケースとを備えた蓄電装置の製造方法であって、前記電解液が注入された前記ケースの注液口を仮封止部材によって仮封止する仮封止工程と、前記仮封止工程後の複数の蓄電装置を前記電極組立体の積層方向にまとめて拘束する第１拘束工程と、前記複数の蓄電装置を拘束した状態で蓄電装置の活性化処理を行う初期充放電工程と、前記初期充放電工程後に、前記複数の蓄電装置を拘束した状態で前記ケース内のガスを前記注液口からケース外に放出するガス抜き工程と、前記ガス抜き工程後に、前記複数の蓄電装置の拘束を解除する解除工程と、前記解除工程後に、単体の蓄電装置に対して前記ケースの注液口を本封止部材によって本封止する本封止工程と、前記本封止工程後に、複数の蓄電装置を前記電極組立体の積層方向にまとめて拘束する第２拘束工程と、前記複数の蓄電装置を拘束した状態で自己放電させる自己放電工程と、を有することを要旨とする。
【０００８】
これによれば、複数の蓄電装置をまとめて拘束した状態で、初期充放電工程、ガス抜き工程、及び自己放電工程を行う。この場合、これらの工程の前に蓄電装置を１つずつ拘束治具で拘束する手間を省くことができ、また、複数の蓄電装置をまとめて運搬することができるため、蓄電装置の生産性を向上させることができる。さらに、使用する拘束治具が減る分、蓄電装置の設置スペースを減らすことができる。
【０００９】
本封止工程では、拘束解除工程にて拘束が解除された単体の蓄電装置の注液口を本封止する。このため、本封止工程の際には、複数の蓄電装置をまとめて拘束することを原因とした懸念が生じず、本封止工程に用いる設備が複雑化しない。
【００１０】
また、蓄電装置の製造方法について、前記本封止工程に続いて、単体の蓄電装置に対してリーク検査工程を行うのが好ましい。
これによれば、単体の蓄電装置に対してリーク検査を行うため、複数の蓄電装置をまとめて検査する場合と比較して、リーク検査に用いる設備（例えば、真空チャンバ）の大型化を抑制できる。
【００１１】
また、蓄電装置の製造方法について、前記本封止工程において、前記ケースと前記本封止部材とをレーザ溶接することで、前記ケースの注液口を本封止するのが好ましい。
複数の蓄電装置をまとめて拘束した状態でレーザ溶接による本封止を行う場合、レーザ溶接に伴って発生するスパッタが飛散し、隣接する蓄電装置に悪影響が及ぶ虞があるため、蓄電装置間にスパッタを遮断する構成が必要となる。しかしながら、単体の蓄電装置に対して本封止を行う場合、上記の構成を設ける必要がない。よって、本封止工程に用いる設備の複雑化の抑制に寄与する。
【００１２】
また、蓄電装置の製造方法について、前記複数の蓄電装置から付与される荷重に合わせて、前記第１拘束工程と前記第２拘束工程とで異なる拘束治具を用いるのが好ましい。
例えば、自己放電工程において蓄電装置の内圧が拘束治具に対して与える荷重は、初期充放電工程において蓄電装置の内圧が拘束治具に対して与える荷重よりも小さい。つまり、第２拘束工程で用いる拘束治具の耐荷重は、第１拘束工程で用いる拘束治具の耐荷重よりも小さくてよく、第１拘束工程と第２拘束工程とで異なる拘束治具を用いることができる。この場合、例えば、第２拘束工程で用いる拘束治具の板厚を薄くすることで軽量化できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、蓄電装置の生産性を向上させ、かつ設備の複雑化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）はケースの一部を破断して示す二次電池の斜視図、（ｂ）は二次電池の断面図。
【図２】二次電池の製造工程図。
【図３】複数の二次電池を拘束した状態の拘束治具の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、蓄電装置の製造方法を二次電池の製造方法に具体化した実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、金属製（例えば、アルミニウム製やステンレス製）のケース１１を備え、ケース１１に電極組立体１２と電解液（図示せず）が収容されている。ケース１１は、有底四角筒状のケース本体１３と、ケース本体１３の開口部を閉塞する矩形平板状の蓋体１４とを備える。
【００１６】
ケース本体１３は、矩形板状の底壁１３ａと、底壁１３ａにおいて対向する一対の長側縁から立設された長側壁１３ｂと、底壁１３ａにおいて対向する一対の短側縁から立設された短側壁１３ｃとを有する。長側壁１３ｂの正面視形状は、底壁１３ａに繋がる辺が長辺となる矩形状であり、短側壁１３ｃの正面視形状は、底壁１３ａに繋がる辺が短辺となる矩形状である。以下、長側壁１３ｂの対向方向をケース１１の短手方向とし、短側壁１３ｃの対向方向をケース１１の長手方向とする。蓋体１４は、ケース１１（ケース本体１３）内に電解液を注入するための注液口１４ａを有する。注液口１４ａは、本封止部材としての封止栓１５によって閉塞されている。本実施形態の二次電池１０は角型電池であり、リチウムイオン二次電池である。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、電極組立体１２は、異なる極性の電極として、シート状の正極電極２１と、シート状の負極電極２４とを備える。正極電極２１は、正極金属箔（本実施形態ではアルミニウム箔）２２と、その両面に正極活物質を塗布してなる正極活物質層２３を有する。負極電極２４は、負極金属箔（本実施形態では銅箔）２５と、その両面に負極活物質を塗布してなる負極活物質層２６を有する。電極組立体１２は、正極電極２１と負極電極２４の間に微多孔性フィルムのセパレータ２７を介在させた層状構造を有する積層体である。電極組立体１２は、例えば、複数枚の正極電極２１と複数枚の負極電極２４を交互に積層して構成される。すなわち、電極組立体１２は、正極電極２１と、負極電極２４と、セパレータ２７とから構成された組を複数組有する。電極組立体１２は、正極電極２１、負極電極２４、及びセパレータ２７の積層方向がケース１１の短手方向と一致するようにケース１１内に収容されている。
【００１８】
電極組立体１２には、正極端子１６及び負極端子１７が電気的に接続されている。正極端子１６及び負極端子１７の各一部分は、蓋体１４からケース１１外に露出している。また、正極端子１６及び負極端子１７には、ケース１１から絶縁するためのリング状の絶縁部材１８がそれぞれ取り付けられている。
【００１９】
次に、二次電池１０を拘束する際に用いる拘束治具３０について説明する。拘束治具３０は、複数の二次電池１０をまとめて拘束する拘束治具である。
図３に示すように、拘束治具３０は枠体３１を備える。枠体３１は、金属製（例えば、アルミニウムやアルミニウム合金製）である。枠体３１は、有底四角筒状である。枠体３１は、矩形板状の底部３２と、底部３２の周縁から立設する四角枠状の周壁３３とを備える。周壁３３は、底部３２において対向する一対の長側縁３２ａから立設されたガイド壁３４と、底部３２において対向する一対の短側縁３２ｂから立設された側壁３５とを備える。各ガイド壁３４及び各側壁３５は、矩形板状である。各ガイド壁３４は、一対の側壁３５を連結している。以下、一対の長側縁３２ａ（ガイド壁３４）の対向方向を第１方向とし、一対の短側縁３２ｂ（側壁３５）の対向方向を第２方向とする。
【００２０】
ガイド壁３４の互いに対向する面同士を内面３４ａとすると、内面３４ａ同士は平行である。ガイド壁３４の内面３４ａ同士の離間距離は、第２方向の全体に亘って一定である。２つの側壁３５のうち一方の側壁３５ａは、円形の貫通孔３５ｂを備える。貫通孔３５ｂは、側壁３５ａを板厚方向に貫通している。貫通孔３５ｂは、周壁３３に囲まれた領域Ｓの内部と、領域Ｓの外部とを連通している。貫通孔３５ｂは内周面に雌ネジを備える。なお、他方の側壁３５ｃは、貫通孔３５ｂを備えない。
【００２１】
拘束治具３０は、与荷重部材３６を備える。与荷重部材３６は、ロッド３７と、押圧板３８とを備える。ロッド３７は、円柱状である。ロッド３７は、外周面に図示しない雄ネジを備える。ロッド３７の雄ネジは、側壁３５ａの貫通孔３５ｂの雌ネジに螺合されている。ロッド３７は、領域Ｓ内と領域Ｓ外に跨っている。ロッド３７の両端部のうち、領域Ｓ内の端部を先端、領域Ｓ外の端部を基端とする。ロッド３７の先端には、矩形板状の押圧板３８が取り付けられている。押圧板３８は、長手方向が第１方向と一致し、板厚方向が第２方向と一致するようにロッド３７に取り付けられている。押圧板３８の長手方向の寸法は、ガイド壁３４の内面３４ａ同士の離間距離よりも若干短く、短手方向の寸法は、ガイド壁３４における底部３２からの立設方向の寸法と略同一である。
【００２２】
押圧板３８は、ロッド３７の回転により回転しない態様でロッド３７に取り付けられている。押圧板３８は、ロッド３７の回転に伴う直線移動により、領域Ｓ内を第２方向に移動可能である。なお、図示は省略するが、ロッド３７の基端には、ロッド３７の回転を補助するためのハンドルが取り付けられている。
【００２３】
拘束治具３０は、複数のスペーサ３９を備える。スペーサ３９は、矩形板状である。スペーサ３９の長手方向の寸法は、ガイド壁３４の内面３４ａ間同士の離間距離に比べて若干短く、短手方向の寸法は、ガイド壁３４における底部３２からの立設方向の寸法と略同一である。
【００２４】
拘束治具３０を用いて複数（図３では４つ）の二次電池１０を拘束する際には、領域Ｓ内のうち押圧板３８と他方の側壁３５ｃとの間で、スペーサ３９と二次電池１０とを第２方向に交互に並べる。なお、スペーサ３９と二次電池１０の並ぶ方向の両端には、スペーサ３９が位置する。スペーサ３９は、長手方向が第１方向と一致し、板厚方向が第２方向と一致するように配置される。また、二次電池１０は、ケース１１の長手方向が第１方向と一致し、ケース１１の短手方向が第２方向と一致するように配置される。各二次電池１０は、スペーサ３９によって、ケース１１の短手方向、すなわち電極組立体１２の積層方向に挟まれる。
【００２５】
この状態で、ロッド３７を回転させ、押圧板３８をスペーサ３９に近付けるように第２方向に直線移動させることで、押圧板３８と他方の側壁３５ｃとで、交互に並べられたスペーサ３９及び二次電池１０を挟み込む。これにより、各二次電池１０のケース１１の各長側壁１３ｂ（図３では図示せず）には、第２方向の拘束荷重が付与され、各二次電池１０はケース１１の短手方向、すなわち電極組立体１２の積層方向に拘束される。また、押圧板３８の移動量を変化させることによって、各二次電池１０に付与する拘束荷重を調整することができる。複数の二次電池１０の拘束を解除する際には、ロッド３７を回転させ、押圧板３８をスペーサ３９から遠ざかるように第２方向に直線移動させることで、スペーサ３９及び二次電池１０の拘束を解除する。
【００２６】
次に、二次電池１０の製造工程について説明する。
図２に示すように、ケース１１に電極組立体１２を収納した後、注液口１４ａからケース１１内へ電解液を注入する（注液工程）。注液工程後、注液口１４ａを図示しない仮封止部材で仮封止する（仮封止工程）。電解液を正極電極２１の正極活物質層２３及び負極電極２４の負極活物質層２６に浸透させる。
【００２７】
次に、拘束治具３０によって、上記工程を終えた複数（本実施形態では４つ）の二次電池１０を電極組立体１２の積層方向にまとめて拘束する（第１拘束工程）。
そして、拘束治具３０によって拘束された状態の複数の二次電池１０を図示しない設備内に収容し、各二次電池１０に対して初期充放電を行う。初期充放電は、本実施形態において、コンディショニング工程及びエージング工程よりなる。コンディショニング工程にて、本実施形態では初充電を行う。なお、二次電池１０の仕様によっては、複数回の充放電を繰り返す場合もある。コンディショニング工程後、拘束治具３０によって拘束された状態にて、充電済の複数の二次電池１０を設備から取り出し、続けて図示しない恒温槽に収容し、各二次電池１０を所定のエージング温度にまで昇温させた状態で所定時間放置する（エージング工程）。
【００２８】
このコンディショニング工程やエージング工程では、ケース１１内で発生したガスによりケース１１の内圧が上昇したり、正極電極２１及び負極電極２４が積層方向に膨張したりする。このため、ケース１１は電極組立体１２の積層方向外側に向かって、すなわちケース１１の短手方向外側に向かってに変形しようとするが、拘束治具３０によって拘束されているため、変形が抑制される。
【００２９】
エージング工程後、複数の二次電池１０を拘束治具３０によって拘束した状態のまま、恒温槽から取り出し、仮封止部材を注液口から除去することで注液口１４ａを開口させ、各ケース１１内で発生したガスを注液口１４ａからケース１１外へ放出する（ガス抜き工程）。ガス抜き工程後、拘束治具３０による複数の二次電池１０の拘束を解除する（拘束解除工程）。
【００３０】
そして、拘束が解除された各二次電池１０を拘束治具より取り出し、個別に蓋体１４の注液口１４ａを封止栓１５で本封止する（本封止工程）。本実施形態では、蓋体１４と封止栓１５とをレーザ溶接することで、注液口１４ａを本封止する。レーザ溶接は、単体の二次電池１０に対して行われる。本封止工程後、各二次電池１０のリーク検査を行う（リーク検査工程）。リーク検査は、単体の二次電池１０を図示しない真空チャンバに収容して、注液口１４ａからのガス漏れの有無を検査する。
【００３１】
その後、拘束治具３０によって、上記工程を終えた複数（本実施形態では４つ）の二次電池１０を電極組立体１２の積層方向にまとめて拘束する（第２拘束工程）。
拘束治具３０によって拘束された状態の複数の二次電池１０をそれぞれ自己放電させる。自己放電工程後、検査工程などの所定の工程を経て、二次電池１０の製造工程は終了する。
【００３２】
次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）拘束治具３０によって複数の二次電池１０をまとめて拘束した状態で、コンディショニング工程、エージング工程、ガス抜き工程、自己放電工程、及び自己放電工程後の所定の工程を行う。この場合、これらの工程の前に二次電池１０を１つずつ拘束治具で拘束する手間を省くことができ、また、複数の二次電池１０をまとめて運搬することで、収容部や恒温槽への出し入れを効率よく行うことができるため、二次電池１０の生産性を向上させることができる。さらに、使用する拘束治具が減る分、収容部や恒温槽での二次電池１０の設置スペースを減らすことができる。
【００３３】
本封止工程では、拘束解除工程にて拘束治具３０による拘束が解除された単体の二次電池１０の注液口１４ａを本封止する。このため、本封止工程の際には、複数の二次電池１０をまとめて拘束する際に発生する位置ずれに対し、対策が不要である。したがって、本封止工程を行う設備が複雑化しない。
【００３４】
（２）単体の二次電池１０に対してリーク検査を行うため、複数の二次電池１０をまとめて検査する場合と比較して、リーク検査工程に用いる設備（真空チャンバ）の大型化を抑制できる。
【００３５】
（３）複数の二次電池１０をまとめて拘束した状態でレーザ溶接によって本封止工程を行う場合、レーザ溶接に伴って発生するスパッタが飛散し、隣接する二次電池１０に悪影響が及ぶ虞があるため、二次電池１０間にスパッタを遮断する構成が必要となる。しかしながら、単体の二次電池１０に対して本封止工程を行う場合、上記の構成を設ける必要がない。よって、本封止工程に用いる設備の複雑化の抑制に寄与する。
【００３６】
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
○  電極組立体１２は、巻回型の電極組立体であってもよい。
○  正極電極２１の正極活物質層２３は、正極金属箔２２の両面に形成されたが、片面のみに形成されてもよい。負極電極２４の負極活物質層２６は、負極金属箔２５の両面に形成されたが、片面のみに形成されてもよい。
【００３７】
○  上記実施形態では、単体の二次電池１０に対して本封止工程とリーク検査工程とを行っていたが、本封止工程のみを単体の二次電池１０に対して行ってもよい。
○  上記実施形態では、蓋体１４と封止栓１５とをレーザ溶接することで、蓋体１４の注液口１４ａを本封止していたが、リベットの取り付けなど他の方法で注液口１４ａを本封止してもよい。
【００３８】
○  上記実施形態では、第１拘束工程及び第２拘束工程では、それぞれ４つの二次電池１０をまとめて拘束していたが、まとめて拘束する二次電池１０の個数は２つ以上であれば適宜変更してよい。また、第１拘束工程と第２拘束工程とで、異なる個数の二次電池１０をまとめて拘束してもよい。
【００３９】
○  各工程で二次電池１０に付与する拘束荷重は、同じ大きさにしてもよいし、変化させてもよい。例えば、ケース１１内で発生するガスによるケース１１の膨張量は、自己放電工程よりもコンディショニング工程で大きくなるため、コンディショニング工程で二次電池１０に付与する拘束荷重を、自己放電工程で二次電池１０に付与する拘束荷重よりも大きくしてもよい。
【００４０】
○  上記実施形態では、第１拘束工程と第２拘束工程とで同じ拘束治具３０を用いたが、複数の二次電池１０から付与される荷重に合わせて異なる拘束治具を用いてもよい。
例えば、自己放電工程において二次電池１０が拘束治具に付与する荷重は、コンディショニング工程、エージング工程、又はガス抜き工程において、二次電池１０が拘束治具に付与する荷重よりも小さい。つまり、第２拘束工程で用いる拘束治具の耐荷重は、第１拘束工程で用いる拘束治具の耐荷重よりも小さくてよい。したがって、第１拘束工程と第２拘束工程とで異なる拘束治具を使用できる。この場合、例えば、第２拘束工程で用いる拘束治具の板厚を薄くすることで軽量化できる。
【００４１】
○  二次電池１０は、車両に搭載して走行に用いてもよいし、定置用の電源として用いてもよい。
○  二次電池１０は、リチウムイオン二次電池であったが、これに限られず、例えば、リチウムイオンキャパシタであってもよい。非水系電解液を用い、初期充放電でガスが発生し、初期充放電にて拘束が必要なリチウムイオンを利用する蓄電装置には、特に有効に適用することができる。また、その他の蓄電装置について、変形を抑制するために拘束が必要な場合には、本発明を用いてもよい。
【００４２】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）蓄電装置は二次電池であることを特徴とする蓄電装置。
【符号の説明】
【００４３】
１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１２…電極組立体、１４ａ…注液口、１５…本封止部材としての封止栓、２１…電極としての正極電極、２４…電極としての負極電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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