(57)【要約】【課題】簡易な構成の装置を使用しながら、セルの内圧低減を可能にする。【解決手段】電池ケース３に電極体２を収容した状態で電池ケース３の内部を真空引きする真空引き工程（ＳＴＥＰ−１）と、電池ケース３に電解液５を注液する注液工程（ＳＴＥＰ−２）と、電池ケース３を封口する封口工程（ＳＴＥＰ−５）と、を備えるものであって、真空引き工程（ＳＴＥＰ−１）において、電極体２の内部を負圧化し、電極体２の内部を負圧化した状態で、電極体２の内部を電極体２の外部に対して気密化する気密化工程（ＳＴＥＰ−３）と、電極体２の内部が電極体２の外部に対して気密化された状態で、電池ケース３内を大気に開放する大気開放工程（ＳＴＥＰ−４）と、を備え、封口工程（ＳＴＥＰ−５）を、電極体２の内部が電極体２の外部に対して気密化し、かつ、電池ケース３内を大気に開放した状態で行う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池ケースに電極体を収容した状態で前記電池ケースの内部を真空引きする真空引き工程と、
前記電池ケースに電解液を注液する注液工程と、
前記電池ケースを封口する封口工程と、
を備える二次電池の製造方法であって、
前記真空引き工程において、前記電極体の内部を負圧化し、
前記電極体の内部を負圧化した状態で、前記電極体の内部を前記電極体の外部に対して気密化する気密化工程と、
前記電極体の内部が前記電極体の外部に対して気密化された状態で、前記電池ケース内を大気に開放する大気開放工程と、
を備え、
前記封口工程を、
前記電極体の内部が前記電極体の外部に対して気密化し、かつ、前記電池ケース内を大気に開放した状態で行う、
ことを特徴とする二次電池の製造方法。
【請求項２】
前記気密化工程は、
前記電極体の端部に前記電解液を含浸させることにより行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の製造方法。
【請求項３】
前記気密化工程は、
毛細管現象により、前記電極体の端部に前記電解液を含浸させることにより行う、
ことを特徴とする請求項２に記載の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、二次電池の製造方法の技術に関し、より詳しくは、セル内圧の低減を簡易に実現するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、使用中に発生するガスによってセルの内圧が上昇するため、ガスの発生時においてもセルの内圧が許容される圧力となるように、セル製造時におけるセルの内圧を低く抑えておくことが望まれる。
初充電時に発生したガスが電極体内に残留していると、セル内圧が高くなるため、初充電後にセル内を減圧し、ガスを除去してからセルを封口する技術が公知となっている。このような二次電池の製造方法は、例えば、以下に示す特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示された従来の二次電池の製造方法では、減圧チャンバーを使用して、セル内を減圧しながらセルの封口作業を行う構成としている。
これにより、封口後におけるセルの内圧を低減することを可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−９３１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来は、特許文献１に係る二次電池の製造方法に示すように、封口後におけるセルの内圧を低減するために、減圧チャンバー等の大掛かりな装置を使用する必要があった。
このため、減圧チャンバー等の大掛かりな装置を使用することなく、簡易な構成の装置を使用しながら、封口後のセルの内圧を低減する技術の開発が望まれていた。
【０００６】
本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、簡易な構成の装置を使用しながら、セルの内圧低減を可能にする二次電池の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、本発明の第１の態様は、電池ケースに電極体を収容した状態で前記電池ケースの内部を真空引きする真空引き工程と、前記電池ケースに電解液を注液する注液工程と、前記電池ケースを封口する封口工程と、を備える二次電池の製造方法であって、前記真空引き工程において、前記電極体の内部を負圧化し、前記電極体の内部を負圧化した状態で、前記電極体の内部を前記電極体の外部に対して気密化する気密化工程と、前記電極体の内部が前記電極体の外部に対して気密化された状態で、前記電池ケース内を大気に開放する大気開放工程と、を備え、前記封口工程を、前記電極体の内部が前記電極体の外部に対して気密化し、かつ、前記電池ケース内を大気に開放した状態で行うものである。
【０００９】
本発明の第２の態様は、前記気密化工程は、前記電極体の端部に前記電解液を含浸させることにより行うものである。
【００１０】
本発明の第３の態様は、前記気密化工程は、毛細管現象により、前記電極体の端部に前記電解液を含浸させることにより行うものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１２】
第１〜第３の態様に係る本発明によれば、簡易な構成の装置を使用しながら、セルの内圧低減を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法の適用対象たる二次電池の全体構成を示す模式図。
【図２】二次電池の端部の構造を示す部分模式図。
【図３】本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法を示すフロー図。
【図４】本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法の各工程における二次電池の状態を示す模式図。
【図５】シール部の形成状況を示す模式図。
【図６】電極体に対する電解液の浸透を促進させる第一の方法を示す模式図。
【図７】電極体に対する電解液の浸透を促進させる第二の方法を示す模式図。
【図８】電極体に対する電解液の浸透を促進させる第三の方法を示す模式図。
【図９】本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法の適用効果を確認した結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係る製造方法を適用する二次電池の全体構成について、図１を用いて説明をする。
【００１５】
本発明の一実施形態に係る製造方法を適用する二次電池１は、図１（ａ）に示すように、電極体２と、電極体２を収容する電池ケース３と、電池ケース３の開口部３ａを封止する蓋部材４を備え、電池ケース３の内部には電解液５が注液されている。
蓋部材４には、電解液５を注液するための注液口４ａが形成されており、注液口４ａを封口部材４ｂで封口することによって、密閉された空間が形成されている。
【００１６】
図１（ｂ）に示す如く、二次電池１を構成する電極体２は巻回型であり、図２に示すようなシート状の正極２１と負極２２を、セパレータ２３を介して積層したもので巻回体を形成するとともに、さらにその巻回体を巻回軸に対して垂直な方向に扁平させることによって形成される。
【００１７】
電極体２の、巻回軸方向における正極側の端部２ａは正極未塗工部として構成され、負極側の端部２ｂは負極未塗工部として構成される。
そして、図１（ａ）に示すように、正極側の端部２ａには正極端子６に接続された集電体７が溶接され、負極側の端部２ｂには負極端子８に接続された集電体９が溶接される。
尚、各端子６・８の突出方法を上向きにしている図１（ａ）に示す態様が、二次電池１の通常の使用状態における姿勢であり、図１（ａ）における上下方向が二次電池１の高さ方向であり、左右方向が二次電池１の幅方向であり、紙面に垂直な方向が二次電池１の厚み方向である。
【００１８】
図１（ｃ）に示す如く、二次電池１を構成する電池ケース３は箱型であり、上部に開口部３ａが形成されている。
そして、図１（ａ）に示すように、開口部３ａに蓋部材４を溶接することで、二次電池１の筐体が形成される。
【００１９】
尚、本実施形態では、巻回型の電極体２を備える箱型の二次電池１を例示しているが、本発明の一実施形態に係る製造方法を適用する二次電池の種類をこれに限定するものではなく、例えば、積層型の電極体を有する二次電池や、筒型の形状を有する二次電池等であってもよい。
【００２０】
次に、本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法について、図３〜図５を用いて説明をする。
【００２１】
（真空引き工程）
本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法では、まず始めに、図３および図４に示すように、電池ケース３内に電極体２を収容し、電池ケース３の開口部３ａを蓋部材４で封止した状態で、蓋部材４の注液口４ａから、電池ケース３内を真空引きする（ＳＴＥＰ−１）。
【００２２】
真空引き工程（ＳＴＥＰ−１）では、電池ケース３内を負圧化するとともに、電極体２の内部に残留する気体も吸い出して、電極体２の内部を負圧化する。
また、真空引き工程（ＳＴＥＰ−１）における電池ケース３内の到達圧力を圧力Ｐ１と規定し、電極体２内部の圧力も圧力Ｐ１となっている。
尚、ここでいう「負圧」とは、大気圧よりも低い圧力を意味しており、また「大気」とは、電池ケース３外側の雰囲気であり、「大気圧」とは、電池ケース３の外側の空気の圧力である。
【００２３】
（注液工程）
本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法では、次に、電池ケース３内に電解液５を注液する（ＳＴＥＰ−２）。
注液工程（ＳＴＥＰ−２）は、電池ケース３内を圧力Ｐ１（負圧）に維持した状態で行う。
電池ケース３内を負圧に維持したまま注液を行う方法としては、電解液５を注液するための容器（ポット）内を減圧しながら行う方法や、電池ケース３内を負圧にした後に逆止弁を有する配管系統から電解液５を供給する方法などがある。
【００２４】
（気密化工程）
本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法では、次に、電極体２において、電極体２の内部と外部の気密を確保するための部位であるシール部１０（図４中の端部２ａ・２ｂに示す斜線部）を形成する（ＳＴＥＰ−３）。
気密化工程（ＳＴＥＰ−３）では、電極体２に対して、端部２ａ・２ｂから電解液５を含浸させることによって、シール部１０を形成する。電極体２の内部と外部とは、端部２ａ・２ｂおける電解液５が含浸した部分であるシール部１０により分断されることとなる。そして、シール部１０が形成された状態において、シール部１０の内側における電極体２の内部の圧力は、圧力Ｐ１を維持している。
【００２５】
電極体２は、図２に示すように、正極２１、負極２２およびセパレータ２３を積層して構成されている。正極２１および負極２２の表面を覆う活物質は多孔性であり、各孔に電解液５が入り込むことで正極２１および負極２２の気密性が確保されるとともに、各部材２１・２２・２３同士の隙間に電解液５が流入し、隙間が封止されることでシール部１０が形成される。
【００２６】
また電極体２は、図５に示すように、その下部が電解液５に浸されていると、毛細管現象によって、電解液５の液面よりも高い位置に電解液５が浸透していき、やがて、両端部２ａ・２ｂの端面全体に電解液５が含浸した状態に至ることで、シール部１０・１０が形成される。
【００２７】
毛細管現象によってシール部１０を形成する場合には、電極体２の内部と外部で流体の流通が可能な隙間が徐々に減少しながら、シール部１０が形成される。シール部１０は、例えば、電極体２と電解液５が収容された電池ケース３を回転させたり振ったりすることで、電極体２の端部２ａ・２ｂに電解液５を積極的に接触させて、より短時間で形成する構成としてもよい。
【００２８】
尚、シール部１０が形成されたか否かの判断においては、電解液５の浸透が端部２ａ・２ｂの端面全体に及んだか否かだけでなく、端部２ａ・２ｂにおける通気抵抗（圧損）を考慮して判断する。
電極体２の端部２ａ・２ｂにおける通気抵抗（圧損）が十分に大きい場合には、端部２ａ・２ｂに対する電解液５の浸透が不完全な（隙間が残っている）状態であっても、空気等が流通することがなく、シール性が確保されるため、このような場合には、シール部１０が形成されたと判断してもよい。
【００２９】
（大気開放工程）
本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法では、次に、図３および図４に示すように、電池ケース３内を大気圧Ｐ２に復圧する（ＳＴＥＰ−４）。
大気開放工程（ＳＴＥＰ−４）では、大気圧下で、注液口４ａから電解液５を注液するためのポットを取り外すことで、自然に行われる。
大気開放工程（ＳＴＥＰ−４）では、電極体２の外部における電池ケース３内の圧力は、大気圧Ｐ２となっており、一方、電極体２の内部の圧力は、圧力Ｐ１が維持されている。
【００３０】
尚、電極体２の端部２ａ・２ｂにおける通気抵抗（圧損）が十分に大きい場合には、端部２ａ・２ｂに対する電解液５の浸透が不完全な（隙間が残っている）状態で電池ケース３内を大気に開放しても、電極体２の内部の圧力Ｐ１が上昇することはない。
このため、このような場合には、端部２ａ・２ｂに対する電解液５の浸透が不完全であってもシール部１０が形成されたものとして、気密化工程（ＳＴＥＰ−３）から大気開放工程（ＳＴＥＰ−４）に移行してもよい。
また、大気開放工程（ＳＴＥＰ−３）は、できる限り短時間で済ませて、次工程に移行することが好ましい。
【００３１】
（封口工程）
本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法では、次に、蓋部材４の注液口４ａを封口する（ＳＴＥＰ−５）。
本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法において、封口工程（ＳＴＥＰ−５）は、大気圧下で行うことができる。
封口工程（ＳＴＥＰ−５）で、注液口４ａを封口した直後においては、電極体２の外部における電池ケース３内の圧力は大気圧Ｐ２に略等しく、電極体２の内部の圧力は、圧力Ｐ１に略等しい状態が維持されている。
【００３２】
尚、封口工程（ＳＴＥＰ−５）は、注液後、電極体２に対する電解液５の浸透ができるだけ少ない状態で完了させるのが好適である。
このため、端部２ａ・２ｂに対する電解液５の浸透が不完全でありながらシール部１０が形成されたと判断できるように構成した電極体を用いて、注液後、できるだけ速やかに、気密化工程（ＳＴＥＰ−３）〜封口工程（ＳＴＥＰ−５）まで完了させる構成とするのが好適である。
【００３３】
（含浸工程）
本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法では、次に、電極体２の内部に電解液５をさらに含浸させる（ＳＴＥＰ−６）。
含浸工程（ＳＴＥＰ−６）では、電極体２の巻回軸方向における両端部２ａ・２ｂから中央側に向けて電解液５を浸透させていき、電極体２の内部にまで電解液５を含浸させる。
【００３４】
シール部１０のシール性は、短時間（例えば、数時間程度）においては、電極体２の内部を圧力Ｐ１に維持できる程度の強さを有しており、長時間（例えば、数日）においては、電極体２の内部と外部で流体の行き来が可能な性質を有するものである。
【００３５】
このため、電極体２に対する電解液５の浸透が進み、含浸量が増大していくと、図４に示す如く、電極体２の外部における電池ケース３内の圧力Ｐ２と、電極体２の内部の圧力Ｐ１が平衡すべく変化し、電極体２の外部における電池ケース３内の圧力Ｐ２は低下して圧力Ｐ３となる。
また、電極体２の内部における圧力Ｐ１を維持している範囲は、電極体２に対する電解液５の浸透が進むのに伴って減少していく。
【００３６】
本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法では、このようにして、真空チャンバー等の大掛かりな装置を用いることなく、電池ケース３内の圧力を、大気圧Ｐ２に比して低い圧力Ｐ３にすることができ、二次電池１の製造設備の簡素化を実現している。
また、本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法では、大気開放工程（ＳＴＥＰ−４）以降の工程は、大気圧下で行うことができるため、二次電池１の製造効率の向上も実現している。
【００３７】
即ち、本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法は、電池ケース３に電極体２を収容した状態で電池ケース３の内部を真空引きする真空引き工程（ＳＴＥＰ−１）と、電池ケース３に電解液５を注液する注液工程（ＳＴＥＰ−２）と、電池ケース３を封口する封口工程（ＳＴＥＰ−５）と、を備えるものであって、真空引き工程（ＳＴＥＰ−１）において、電極体２の内部を負圧化し、電極体２の内部を負圧化した状態で、電極体２の内部を電極体２の外部に対して気密化する気密化工程（ＳＴＥＰ−３）と、電極体２の内部が電極体２の外部に対して気密化された状態で、電池ケース３内を大気に開放する大気開放工程（ＳＴＥＰ−４）と、を備え、封口工程（ＳＴＥＰ−５）を、電極体２の内部が電極体２の外部に対して気密化し、かつ、電池ケース３内を大気に開放した状態で行うものである。
【００３８】
また、本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法において、気密化工程（ＳＴＥＰ−３）は、電極体２の端部２ａ・２ｂに電解液５を含浸させることにより行うものであり、さらに、気密化工程（ＳＴＥＰ−３）は、毛細管現象により、電極体２の端部２ａ・２ｂに電解液５を含浸させることにより行うものである。
【００３９】
このような構成により、簡易な構成の装置を使用しながら、セルの内圧低減を実現することができる。
そして、定常的にセルの内圧を低く抑えることで、電解液５等の還元分解に伴い発生するガスに対する許容度が増し、ひいては、内圧上昇に起因する金属疲労の発生（即ち、安全弁や電流遮断装置の誤作動）を抑制して、二次電池１の信頼性向上を図ることができる。
【００４０】
次に、電極体２に対する電解液５の浸透を促進させるための方法について、図６〜図８を用いて説明をする。
本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法における、電極体２に対する電解液５の浸透を促進させるための第一の方法は、二次電池１を上下に反転させて、電解液５を浸透させる方法である。
【００４１】
図６に示す如く、第一の方法では、二次電池１の幅方向に平行な軸を基準として上下対称となるように二次電池１を反転させる構成としている。
第一の方法では、初めに、電極体２の下部から電解液５を浸透させておき、その後、二次電池１を上下に反転させることで、電極体２の上部にあたる部位から電解液５を浸透させる構成としている。
このような構成によって、電極体２に対する電解液５の含浸量を増大させることができる。
【００４２】
本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法における、電極体２に対する電解液５の浸透を促進させるための第二の方法は、二次電池１を左右に横転させて、電解液５を浸透させる方法である。
【００４３】
図７に示す如く、第二の方法では、二次電池１の厚み方向に平行な軸を基準として、その軸回りに左右に二次電池１を回転させる構成としている。
第二の方法では、初めに、左右の何れかに電極体２を９０度回転させた状態で、電極体２の一方の端部２ａから電解液５を浸透させておき、その後、二次電池１を１８０度回転させることで、電極体２の他方の端部２ｂから電解液５を浸透させる構成としている。尚、第二の方法における電極体２の回転角度は、適宜変更してもよい。
このような構成によって、電極体２に対する電解液５の含浸量を増大させることができる。
【００４４】
本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法における、電極体２に対する電解液５の浸透を促進させるための第三の方法は、二次電池１を回転させて、電解液５を電池ケース３の内部で迫上がらせることによって浸透させる方法である。
【００４５】
図８に示す如く、第三の方法では、平面視において二次電池１の中心を通り、二次電池１の高さ方向に平行な軸回りに二次電池１を回転させる構成としている。
第三の方法では、二次電池１を回転させることで、遠心力によって、電解液５を電池ケース３内の左右の壁面に沿って上方に迫上がらせる構成としている。
そして、第三の方法では、迫上がった電解液５を電極体２の左右の端部２ａ・２ｂに接触させることで、電極体２の端部２ａ・２ｂにおけるより広い範囲から電解液５を浸透させて、電極体２に対する電解液５の含浸量を増大させる。
【００４６】
次に、本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法の適用効果について、図９を用いて説明をする。
図９には、本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法を適用した二次電池について、含浸工程（ＳＴＥＰ−６）の開始２日後におけるセル内圧を測定した結果を示している。
図９に示す実施例１〜実施例４および比較例１では、製造方法が異なっている。
【００４７】
比較例１は、従来の二次電池の製造方法を適用した場合であり、注液前に電池ケース３内を大気に開放し、電極体２内部の圧力が大気圧になっている状態で注液し、その後注液口４ａを封口した場合である。
【００４８】
実施例１は、図５に示した態様に対応しており、気密化工程（ＳＴＥＰ−３）において、毛細管現象によって、電極体２の端部２ａ・２ｂに電解液５の浸透をさせて、シール部１０を形成した場合である。尚、実施例１においては、他の実施例２〜４、比較例１に比して、注液する電解液５の量を５０％増量している。
【００４９】
実施例２は、図６に示した態様に対応しており、気密化工程（ＳＴＥＰ−３）において、毛細管現象によって、電極体２の端部２ａ・２ｂに電解液５の浸透をさせて、シール部１０を形成するとともに、含浸工程（ＳＴＥＰ−６）において、二次電池１を上下に反転させることで、電極体２に対する電解液５の浸透を促進させた場合である。
【００５０】
実施例３は、図７に示した態様に対応しており、気密化工程（ＳＴＥＰ−３）において、毛細管現象によって、電極体２の端部２ａ・２ｂに電解液５の浸透をさせて、シール部１０を形成するとともに、含浸工程（ＳＴＥＰ−６）において、二次電池１を左右に回転させることで、電極体２に対する電解液５の浸透を促進させた場合である。
【００５１】
実施例４は、図８に示した態様に対応しており、気密化工程（ＳＴＥＰ−３）において、毛細管現象によって、電極体２の端部２ａ・２ｂに電解液５の浸透をさせて、シール部１０を形成するとともに、含浸工程（ＳＴＥＰ−６）において、二次電池１を回転させて、電解液５を電池ケース３の内部で迫上がらせることによって、電極体２に対する電解液５の浸透を促進させた場合である。
【００５２】
図９に示す結果によると、実施例３に係る二次電池の製造方法の場合が、セル内圧の低減に最も効果的であることが判り、次いで、実施例２、実施例４、実施例１の順に効果的であることが判った。また、比較例１の場合には、セル内圧は低減しなかった。
【００５３】
即ち、図９に示す結果から、本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法を適用すれば、セル内圧の低減を実現できることが確認できた。
また、本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法を適用した場合には、電池ケース３を封口した後で、電極体２に対する電解液５の浸透をさらに促進させることで、セル内圧の更なる低減が可能になることが判った。
【符号の説明】
【００５４】
１    二次電池
２    電極体
２ａ  端部
２ｂ  端部
３    電池ケース
４    蓋部材
４ａ  注液口
４ｂ  封口部材
５    電解液
１０  シール部
【図１】
2015173073.tif 000003
【図２】
2015173073.tif 000004
【図３】
2015173073.tif 000005
【図４】
2015173073.tif 000006
【図５】
2015173073.tif 000007
【図６】
2015173073.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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