(57)【要約】【課題】リチウムイオン二次電池の製造工程を簡略化し、簡易な方法で電池内部で発生する水素を放出できるリチウムイオン二次電池の製造方法の提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、リチウムイオン二次電池の製造方法であって、電池容器１０１の電解液注入口１０２より電解液を注入後、当該電解液注入口１０２を水素選択透過膜１１により封止することを特徴とする、リチウムイオン二次電池の製造方法に関する。特に前記電解液注入口１０２を封止する水素選択透過膜１１が、枠体１０により保持された通気部材１として構成されていることを特徴とする。さらに前記通気部材１において、前記水素選択透過膜１１の両面側に保護シート材２１が配置されるように一体的に構成されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオン二次電池の製造方法であって、電池容器の電解液注入口より電解液を注入後、当該電解液注入口を水素選択透過膜により封止することを特徴とする、リチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項２】
前記電解液注入口を封止する水素選択透過膜が、枠体により保持された通気部材として構成されていることを特徴とする、請求項1記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項３】
前記通気部材において、前記水素選択透過膜の両面側に保護シート材が配置されるように前記水素選択透過膜と前記保護膜とが一体的に構成されていることを特徴とする、請求項２記載のリチウムイオン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、リチウムイオン二次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ノートパソコン、及び自動車等のバッテリーとして、リチウムイオン二次電池が幅広く使用されている。
【０００３】
近年、リチウムイオン二次電池は高容量化やサイクル特性向上に加えて、安全性への関心が高まっている。特に、リチウムイオン二次電池はセル内で水素が発生することが知られており、内圧上昇に伴う電池パックの膨張や破裂が懸念されている。このため、容器内で発生した水素を外部へ排出させることで、容器内部の圧力を調整することが行なわれている（特許文献１参照）。しかし内部で発生した水素を放出するために、電池容器に放出用の孔を設ける必要があり、その構成は複雑となり、また製造工程は煩雑なものとなっていた。
【０００４】
一方、リチウムイオン二次電池は、電極を組み立てた後、電極を電池容器に収納し、非水電解液を注入する。非水電解液を注入した注入口はレーザー溶接により封じられるが、電解質や溶媒の影響により、溶接欠陥や接合不良等の問題が発生する場合があった。また注入口を封止するまでは水蒸気の侵入を極力減らすため、低湿環境下で作業しなければならず、専用の設備、空調のための費用が発生していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２５０８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、リチウムイオン二次電池の製造工程を簡略化し、簡易な方法で電池内部で発生する水素を放出できるリチウムイオン二次電池の製造方法の提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、リチウムイオン二次電池の製造方法であって、電池容器の電解液注入口より電解液を注入後、当該電解液注入口を水素選択透過膜により封止することを特徴とする、リチウムイオン二次電池の製造方法に関する。
【０００８】
特に前記電解液注入口を封止する水素選択透過膜が、枠体により保持された通気部材として構成されていることを特徴とする、リチウムイオン二次電池の製造方法に関する。
【０００９】
前記通気部材において、前記水素選択透過膜の両面側に保護シート材が配置されるように前記水素選択透過膜と前記保護膜とが一体的に構成されていることが好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法によれば、電解液注入口を利用して水素選択透過膜を配置するので、電解液注入口の封止工程の簡素化が図れる。また内部で発生する水素の排出が可能となり、電池寿命の安定化を図ることができる。さらに電解液を注入後、速やかに封止することができるため、水蒸気の侵入がなく、低湿環境下での作業を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の通気部材示す斜視図及び通気部材を分割した状態を示す斜視図である。
【図２】本実施形態の電池容器を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
リチウムイオン二次電池の製造工程は、正極、負極およびセパレータを備えた電極体を形成する工程（１）、電極体を電池容器に挿入し電池を組み立てる工程（２）、電解液注入口より電解液を注入する工程（３）、電解液注入口を封止する工程（４）、および充電する工程（５）からなる。本発明においては、特に電解液注入口を封止する工程（４）において、当該電解液注入口を水素選択透過膜により封止することを特徴とする。
【００１４】
本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法の工程（１）では、正極、負極およびセパレータを備えた電極体を形成する。その方法は特に限定されないが、正極と負極とがセパレータを介して渦巻状に巻回された後、扁平状となるように加圧することで、扁平状巻回構造の電極体を形成する。なお本発明においては、電極体は電池の形状に応じ、扁平状でなくともよく、また巻回構造でなくともよい。
【００１５】
本発明で用いる負極としては、特に限定されず、従来周知のものを用いることができ、例えば、負極活物質にバインダーなどを加えて調製した負極合剤を、溶剤に分散させて負極合剤含有ペーストを調製し、得られた負極合剤含有ぺーストを銅箔などからなる負極集電体に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、必要に応じて負極合剤層を加圧成形する工程を経由することによって作製されたものが挙げられる。
【００１６】
負極活物質としては、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維などのリチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料の１種または２種以上の混合物が用いられる。
【００１７】
負極の作製に用いるバインダーとしては、例えば、セルロースエーテル化合物やゴム系バインダーなどが挙げられる。セルロースエーテル化合物の具体例としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、それらのリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩、アンモニウム塩などが挙げられる。ゴム系バインダーの具体例としては、例えば、スチレン・ブタジエン共重合体ゴムなどのスチレン・共役ジエン共重合体、ニトリル・ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）などのニトリル・共役ジエン共重合体ゴム、ポリオルガノシロキサンなどのシリコーンゴム、アクリル酸アルキルエステルの重合体、アクリル酸アルキルエステルとエチレン性不飽和カルボン酸および／ またはその他のエチレン性不飽和単量体との共重合により得られるアクリルゴム、ビニリデンフルオライド共重合体ゴムなどのフッ素ゴムなどが挙げられる。
【００１８】
本発明で用いる正極としては、特に限定されず、従来周知のものを用いることができ、例えば、正極活物質に必要に応じて導電助剤やバインダーを加えて混合して調製した正極合剤を、溶剤に分散させて正極合剤含有ぺーストを調製し、得られた正極合剤含有ペーストをアルミニウム箔などからなる正極集電体に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、必要に応じて正極合剤層を加圧成形する工程を経由することによって作製されるものが挙げられる。
【００１９】
正極活物質としては、高容量化に適するという観点から、リチウム含有複合金属酸化物が好ましい。このようなリチウム含有複合金属酸化物としては、例えば、ＬｉＣｏＯ２などのリチウムコバルト酸化物、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４などのリチウムマンガン酸化物、ＬｉＮｉＯ２などのリチウムニッケル酸化物、ＬｉｘＭＯ２（ＭはＮｉ、Ｍｎ、ＣｏおよびＡｌのうちの２種以上の元素を表し、０．９＜ｘ＜１．２）で表されるリチウム含有複合金属酸化物などが好適に用いられる。
【００２０】
正極に用いる導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、鱗片状黒鉛などが挙げられる。そして、バインダーとしては、負極に用いるバインダーとして上で例示したものと同様のものを用いることができる。
【００２１】
本発明で用いるセパレータとしては、特に限定されず、従来周知のものを用いることができ、例えば、微孔性樹脂フィルムが用いられる。微孔性樹脂フィルムとしては、例えば、微孔性ポリエチレンフィルム、微孔性ポリプロピレンフィルム、微孔性エチレン− プロピレンコポリマーフィルム、微孔性ポリプロピレン／ ポリエチレン２層フィルム、微孔性ポリプロピレン／ ポリエチレン／ ポリプロピレン３ 層フィルムなどが挙げられる。セパレータの厚みは、例えば、１０〜３０μｍであることが好ましく、その開孔率は、例えば、３０〜６０％であることが好ましい。
【００２２】
本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法の工程（２）では、電極体を電池容器に挿入し電池を組み立てる。なお詳細は省略するが、電極体を電池容器に挿入後、正極および負極の端子を接続し、電池容器の蓋部を溶接する工程も含まれる。
【００２３】
本発明における電池容器は、電池の外装体の主要部分を構成するものであり、この電池容器は正極端子を兼ねている。電池容器の素材としては、例えば、鉄（表面にＮｉめっきなどを施したものが好ましい）、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金などが好適である。
【００２４】
本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法の工程（３）では、電池容器の蓋部に設けられた電解液注入口より電解液を注入する。
【００２５】
本発明における電解液としては、特に限定されず、従来周知のものを用いることができ、電解液溶媒にリチウム塩などの電解質塩を溶解させることで調製されたものが使用できる。
【００２６】
電解液溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、テトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタンなどが挙げられる。これらの溶媒は、１種または２種以上の混合溶媒として用いることができる。
【００２７】
電解質塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、Ｌｉ２Ｃ２Ｆ４（ＳＯ３）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ３（ｎ≧２）などが挙げられ、それらは１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。電解液中の電解質塩濃度は、例えば、０．６〜１．６ｍｏｌ／ｌであることが好ましい。
【００２８】
電解液には、この他、適宜周知な添加剤を配合してもよい。
【００２９】
電解液の注入方法は特に限定されず、電池容器内を減圧して行う方法や、水素の圧力を利用する方法などにより、適量を電解液注入口より注入する。電解液の注入は１回で行うこともできるが、複数回に分けて注入してもよい。
【００３０】
本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法の工程（４）では、電解液注入口を水素選択透過膜により封止する。すなわち電解液注入口を封止するのと同時に、内部で発生する水素を排出するための排出機能を形成する。
【００３１】
本発明で用いる水素選択透過膜としては、水素を透過し、水や水蒸気は遮断するものであれば特に限定されず、従来周知のものを用いることができ、例えば、芳香族ポリイミド等の樹脂を含むシート、バナジウム、バナジウム合金、パラジウム合金、ニオブ、ニオブ合金等の水素透過性金属からなる層を含むシート材等が挙げられる。
【００３２】
水素選択膜は、それ単独で用いることもできるが、強度を確保し、取扱い性を向上させるため、支持体と積層してもよい。支持体は、水素透過性であり、水素選択透過膜を支持しうるものであれば特に限定されず、無孔質体であってもよく、多孔質体であってもよい。また、支持体は、織布、不織布であってもよい。支持体の形成材料としては、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート及びポリエチレンナフタレートなどのポリエステル、ポリスルホン及びポリエーテルスルホンなどのポリアリールエーテルスルホン、ポリテトラフルオロエチレン及びポリフッ化ビニリデンなどのフッ素樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリイミドなどが挙げられる。これらのうち、化学的及び熱的に安定であるポリスルホン又はポリテトラフルオロエチレンが好ましく用いられる。
【００３３】
支持体の厚さは特に限定されないが、通常５〜１０００μｍ程度、好ましくは１０〜３００μｍである。
【００３４】
本発明において、水素選択透過膜の形状は、略円形状であってもよく、三角形、四角形、五角形等の多角形であってもよい。
【００３５】
このような水素選択透過膜はそのまま電解液注入口の封止材として使用しても構わないが、工程上の簡便さと、封止部の信頼性確保の点からは、水素選択透過膜が、枠体により保持された通気部材として構成され、電解液注入口に装填することで封止されることが好適である。以下、図面を参照して本発明に係る通気部材について説明する。
【００３６】
図１は、通気部材１の斜視図および通気部材を分割した斜視図である。通気部材１は、その内部に水素選択透過膜１１および保護膜２１を枠体１０により保持されている。
【００３７】
枠体１０は、両端部が開口し、開口部が連結している略円筒形状として形成されている。水素選択透過膜１１および保護膜２１は枠体１０の開口部内周面に収容されている。水素選択透過膜１１および保護膜２１の周縁部と、枠体１０の内面とは、接着や溶着によって固定されていてもよい。そして枠体１０には、通気経路が形成され、水素選択透過膜１１  および保護膜２１は、通気経路を塞ぐように、枠体内部に取り付けられている。
【００３８】
枠体１０の材質は特に限定されるものではないが、例えば、ポリブチレンテレフタレート、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、熱可塑性エラストマー等の熱可塑性樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂から枠体を形成した場合には、所望の形状に成形することが容易にできるため好ましい。
【００３９】
本実施形態の通気部材１は、同一の構成からなる２つの保護膜２１が、水素選択透過膜１１の両面側に配置されている。保護膜２１は、水素選択透過膜１１の一方の面側にのみ配置されていてもよく、保護膜２１を設けない構成であってもよい。保護膜２１は、水素選択透過膜１１の表面に、水素の透過を阻害する水分、有機物等の汚染物質等が付着するのを阻害して、水素選択透過膜１１を保護するようなシート材である。保護膜２１の材質としては、保護する水素選択透過膜１１にあわせて適切な材質を選択することができるが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、セラミック、金属、樹脂等からなる多孔質膜等が挙げられる。中でも、ＰＴＦＥからなる多孔質膜が、撥水性が高く、耐熱性、耐薬品性も高いため、保護膜２１の材質として好ましい。
【００４０】
次に、電解液注入口を、本実施形態の通気部材により封止する方法にについて説明する。図２は、本実施形態のリチウムイオン二次電池１００の概略断面図であり、電池容器１０１に設けられた電解液注入口１０２を、通気部材１により封止した状態を示している。通気部材１は、水素選択透過膜１１及び保護膜２１により電解液注入口１０２の通気経路を塞ぐように、電解液注入口１０２に配置されている。なお図２においては、電池容器１０１の電極等のその他の構成部材は省略して記載している。
【００４１】
電池容器１０１の電解液注入口１０２に通気部材１を取り付ける方法については特に限定されないが、接着剤により固定する方法、ＥＰＤＭ製やＰＴＦＥ製のＯリングを介して固定する方法、熱融着により固定する方法等を挙げることができる。これより確実に電解液注入口１０２を封止することができ、性能の劣化が無い安定した発電がおこなわれる。
【００４２】
また本発明においては、所定の圧力で通気部材１が脱落するよう通気部材１と電池容器１０１との接着力を調整することで、内圧が一時的に急上昇した場合には、通気部材１を安全弁として利用することも可能である。
【００４３】
本実施形態の電池容器１０１においては、前記電解液注入口１０２の通気経路Ｐにおいて、水素は一方の保護膜２１、水素選択透過膜１１、他方の保護膜２１の順に通過することとなる。
【００４４】
本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法の工程（５）では、製造されたリチウムイオン二次電池を充電する。充電の方法、条件等は、特に限定されるものではなく、従来周知の方法で行うことができる。例えば一般的な定電流−定電圧方式により、０．５〜１Ｃの定電流で充電終始電圧（４．１Ｖ）まで充電し、充電電流値が０．０１Ｃ程度まで低下するまで充電を行う。充電後、必要に応じてエージングを行っても良い。
【００４５】
本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法によれば、電解液注入口を利用して水素選択透過膜を配置するので、電解液注入口の封止工程の簡素化が図れる。また内部で発生する水素の排出が可能となり、電池寿命の安定化を図ることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１：通気部材
１０：枠体
１１：水素選択透過膜
２１：保護膜
１００：リチウムイオン二次電池
１０１：電池容器
１０２：電解液注入口
【図１】
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【図２】
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