(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス抜き工程における電解液の沸騰を抑制しつつ、ガスの排出を良好に行う方法を提供する。【解決手段】フィルム外装電池は、正極板および負極板をセパレータを介して積層してなる発電要素を電解液とともに外装体の内部に収容し、端子を導出した状態で密封されている。このフィルム外装電池のガス抜き工程では、外装体の内部と外部とを連通する開口を形成し、開口より外装体の内部のガスを排出する。このガス抜き工程の際、外装体が設けられた環境の圧力を、低真空の所定の圧力範囲（Ｐｒ）内に、所定期間（Ｔｈ）以上保持する。【選択図】図５
2015095375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板および負極板をセパレータを介して積層してなる発電要素が、偏平な外装体の内部に電解液とともに収容され、端子を導出した状態で上記外装体が密封されてなるフィルム外装電池の製造方法において、
大気圧よりも圧力が低い所定の環境下で、上記発電要素が電解液とともに内部に密封された外装体の一部に、この外装体の内部と外部とを連通する開口を形成し、この開口より外装体の内部のガスを排出するガス抜き工程を有し、
このガス抜き工程は、上記外装体が設けられた環境の圧力を、低真空の所定の圧力範囲内に所定期間以上保持することを特徴とするフィルム外装電池の製造方法。
【請求項２】
上記低真空の所定の圧力範囲が、少なくとも上記電解液の沸騰点よりも高い範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のフィルム外装電池の製造方法。
【請求項３】
上記ガス抜き工程では、上記環境内の圧力が所定値まで上昇すると、一定時間、減圧を実施する動作を繰り返すことにより、上記環境内の圧力を所定の圧力範囲に保持することを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルム外装電池の製造方法。
【請求項４】
上記所定期間が、上記減圧の実施に伴う環境内の圧力の上昇速度が所定値以下となるまでの期間であることを特徴とする請求項３に記載のフィルム外装電池の製造方法。
【請求項５】
上記所定期間が、１０秒以上の一定時間であることを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルム外装電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ラミネートフィルム等を外装体とした偏平なフィルム外装電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されているように、正極板および負極板をセパレータを介して積層してなる発電要素が、偏平な矩形状をなす外装体の内部に電解液とともに収容され、その一辺より端子を導出した状態で、上記外装体の四方が密封されたフィルム外装電池が知られている。この種のフィルム外装電池の製造工程においては、二枚のシート材を重ね合わせた状態で一辺を除く三辺を封止して袋状体を形成するとともに、内部に発電要素を収納し、開口する一辺より袋状体の内部に電解液を注入した後、開口する一辺を熱融着により封止する。次に、エイジングや初期充電工程を経た後、真空環境下で外装体に開口を設けて内部のガスを排出するガス抜き工程を経て、再度開口を熱融着により封止して、フィルム外装電池が得られる。
【０００３】
上記のガス抜き工程においては、一般的に、真空度が高い（減圧度が大きい、圧力が低い）ほど、内部のガスを確実に排出できるとされており、一般的には、高真空（ＪＩＳ規格  ０．１〜１０−５Ｐａ）の環境下が好ましいとされている。例えば、上記の特許文献１の段落［００２８］には１×１０−３Ｐａ以下の高真空の雰囲気下でガス抜き工程を行うことが好ましいと記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−９３５０８号公報  段落［００２８］
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ガス抜き工程において、単に真空度を高くするだけでは、外装体の内部のガスを十分に排出することができない。つまり、開口から遠い位置で発生したガスは、開口まで移動するのに時間を要するために、仮に真空度が十分に高くても短時間では排出され難い。
【０００６】
また、真空度が高すぎると、電解液が沸騰して揮発するために、電解液の減少量が増大する、という新たな問題が発生する。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ガス抜き工程における電解液の揮発を抑制しつつ、内部のガスを良好に排出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による製造の対象となるフィルム外装電池は、正極板および負極板をセパレータを介して積層してなる発電要素が、偏平な外装体の内部に電解液とともに収容され、端子を導出した状態で上記外装体が密封されている。
【０００９】
そして本発明に係るフィルム外装電池の製造方法は、大気圧よりも圧力が低い所定の環境下で、上記発電要素が電解液とともに内部に密封された外装体の一部に、この外装体の内部と外部とを連通する開口を形成し、この開口より外装体の内部のガスを排出するガス抜き工程を有し、このガス抜き工程は、上記外装体が設けられた環境の圧力を、低真空の所定の圧力範囲内に所定期間以上保持することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、真空度の低い低真空の所定の圧力範囲内でガス抜きを行うために、電解液の揮発を抑制することができるとともに、真空状態を所定期間以上保持することによって、開口から遠い部分のガスであっても開口まで移動することが可能となり、外装体の内部のガスを良好に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る製造の対象となるフィルム外装電池の一例を示す斜視図。
【図２】同じくフィルム外装電池の断面図。
【図３】フィルム外装電池の製造工程の一部を簡略的に示す説明図。
【図４】フィルム外装電池の製造工程を説明するための平面図。
【図５】ガス抜き工程における真空度の変化を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の好ましい実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。初めに図１および図２に基づいて、この発明による製造の対象となるフィルム外装電池１の一例を説明する。フィルム外装電池１は、例えばリチウムイオン二次電池であり、図１に示すように、偏平な長方形の外観形状を有し、長手方向の一方の端縁に、導電性金属箔からなる一対の正負極の端子２，３を備えている。
【００１３】
図２に示すように、フィルム外装電池１は、長方形をなす発電要素４を電解液とともにラミネートフィルムからなる外装体５の内部に収容したものである。上記発電要素４は、セパレータ４３を介して交互に積層された複数の正極板４１および負極板４２からなり、例えば、３枚の負極板４２と、２枚の正極板４１と、これらの間の４枚のセパレータ４３と、を含んでいる。つまり、この例では、発電要素４の両面に負極板４２が位置している。但し、発電要素４の最外層に正極板４１が位置する構成も可能である。なお、図２における各部の寸法は必ずしも正確なものではなく、説明のために誇張したものとなっている。
【００１４】
正極板４１は、長方形をなす正極集電体４１ａの両面に正極活物質層４１ｂ，４１ｃを形成したものである。正極集電体４１ａは、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔から構成されている。また、正極活物質層４１ｂ，４１ｃは、例えば、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ2）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ2）、または、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）等のリチウム複合酸化物からなる正極活物質と、カーボンブラック等の導電助剤と、バインダと、を混合したものを、正極集電体４１ａの主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。
【００１５】
負極板４２は、長方形をなす負極集電体４２ａの両面に負極活物質層４２ｂ，４２ｃを形成したものである。負極集電体４２ａは、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔から構成されている。負極活物質層４２ｂ，４２ｃは、例えば、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のような上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、バインダを混合したものを、負極集電体４２ａの主面に塗布し、乾燥及び圧延させることにより形成されている。
【００１６】
上記負極集電体４２ａの長手方向の端縁の一部は、負極活物質層４２ｂ，４２ｃを具備しない延長部として延びており、その先端が負極端子３に接合されている。また図２には示されていないが、同様に、上記正極集電体４１ａの長手方向の端縁の一部が、正極活物質層４１ｂ，４１ｃを具備しない延長部として延びており、その先端が正極端子２に接合されている。
【００１７】
上記セパレータ４３は、正極板４１と負極板４２との間の短絡を防止すると同時に電解質を保持する機能を有するものであって、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜からなり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能を有している。なお、セパレータ４３としては、ポリオレフィン等の単層膜に限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造のものや、ポリオレフィン微多孔性膜と有機不織布等を積層したものも用いることができる。
【００１８】
また、電解液としては、特に限定されるものではないが、リチウムイオン二次電池に一般的に使用される電解質として、例えば、有機溶媒にリチウム塩が溶解した非水電解液を用いることができる。
【００１９】
上記のような構成の発電要素４を電解液とともに収容する外装体５は、図２に一部を拡大して示すように、熱融着層５１と金属層５２と保護層５３との三層構造を有するラミネートフィルムからなる。中間の金属層５２は、例えばアルミニウム箔からなり、その内側面を覆う熱融着層５１は、熱融着が可能な合成樹脂例えばポリプロピレン（ＰＰ）からなり、金属層５２の外側面を覆う保護層５３は耐久性に優れた合成樹脂例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる。なお、さらに多数の層を有するラミネートフィルムを用いることもできる。また、上記の例では金属層５２の両面に合成樹脂層をラミネートしているが、金属層５２の外側の合成樹脂層は必ずしも必須のものではなく、内側表面にのみ合成樹脂層を備えた構成であってもよい。
【００２０】
上記外装体５は、一つの例では、図２の発電要素４の下面側に配置される１枚のラミネートフィルムと上面側に配置される他の１枚のラミネートフィルムとの２枚構造をなし、これら２枚のラミネートフィルムの周囲の４辺を重ね合わせ、かつ互いに熱融着した構成となっている。図示例は、このような２枚構造の外装体５を示している。また、他の一つの例では、外装体５は１枚の比較的大きなラミネートフィルムからなり、２つ折りとした状態で内側に発電要素４を配置した上で、周囲の３辺を重ね合わせ、かつ互いに熱融着した構成となっている。
【００２１】
長方形をなすフィルム外装電池１の短辺側に位置する一対の端子２，３は、ラミネートフィルムを熱融着する際に、ラミネートフィルムの接合面を通して外部へ導出されている。
【００２２】
上記のフィルム外装電池１の製造手順について、図３を参照して説明する。図３は製造工程の一部を簡略的に示したものである。まず、正極板４１、負極板４２およびセパレータ４３を順次積層し、かつ正極集電体４１ａ及び負極集電体４２ａを正負極の端子２，３にスポット溶接や超音波溶接等により取り付けて発電要素４を構成する。次に、この発電要素４を外装体５となるラミネートフィルムで覆い、一辺を残して残りの周囲の３辺を熱融着する。次に、開口する一辺を通して外装体５の内部に電解液を充填する。その後、図３の第１封止工程Ｓ１１において、開口する一辺を熱融着して外装体５を密閉状態とする。続くエージング工程Ｓ１２では、上述したように外装体５の内部に発電要素４と電解液とを密封した状態で、適宜なレベルまで充電を行い、この状態で、一定時間エージングを行う。
【００２３】
そして、エージングの完了後、外装体５のエージング時に発生したガスを含む内部に残存するガスを排出するために、ガス抜き工程Ｓ１３において、ガス抜きが実施される。このガス抜き工程Ｓ１３では、少なくとも大気圧よりも圧力（気圧）の低い真空の環境下において、図４に示すように、四辺が密封された外装体５の一部をカッター刃等を用いて裁断することによって、外装体５の内部と外部とを連通する開口１４を形成する。そして、後述するように、外装体５が配置された環境（空間）の圧力（気圧）を、低真空の圧力領域（ＪＩＳ規格  １００Ｐａ以上）内の、所定の圧力範囲Ｐｒまで減圧した後、このように環境の圧力が所定の圧力範囲Ｐｒ内にある状態を、所定期間Ｔｈ以上、保持する。
【００２４】
このようなガス抜き工程Ｓ１３が完了すると、図３の第２封止工程Ｓ１４において、外装体５に設けた上記の開口１４よりも内側の封止ライン１５に沿って熱融着することによって、開口１４を含む一辺を封止して、四方が封止ライン１３に沿って密閉されたフィルム外装電池１が得られる。その後、電圧検査などのために再度充電を行い、出荷される。
【００２５】
図５は、上記のガス抜き工程Ｓ１３において、外装体５が設けられた密閉空間である環境内の圧力の変化を示しており、縦軸は環境内の圧力すなわち真空度（ｈＰａ）、横軸は時間（秒）である。同図に示すように、本実施例では、環境内の圧力を、所定の圧力範囲Ｐｒ内に、所定期間Ｔｈ、保持している。
【００２６】
より具体的には、先ず、狙いの圧力範囲Ｐｒへ向けて減圧を行い（図５の矢印Ｙ１参照）、圧力範囲Ｐｒの近傍まで低下した時点ｔ０で、減圧を停止する。なお、この実施例では、初回の減圧の停止（減圧バルブの閉）の際には、しばらく圧力が低下し続けるために、圧力低下のオーバーシュート分を見越して、狙いの圧力範囲Ｐｒよりも高い圧力の段階（ｔ０）で初回の減圧を停止している。その後、図５の矢印Ｙ２に示すように、減圧停止状態でフィルム外装電池１内部のガスが外部に放出されることにより環境内の圧力が徐々に上昇し、狙いの圧力範囲Ｐｒの上限値Ｐｍａｘ付近の所定値Ｐｓ（Ｐｓ＜Ｐｍａｘ）まで上昇した時点ｔ２で、極短い一定時間（例えば、０．１秒）だけ減圧を実施する。例えば、減圧バルブを一時的に開く。この一時的な減圧の実施により、環境内の圧力が狙いの圧力範囲Ｐｒの下限値Ｐｍｉｎの近傍まで低下する。つまり、環境内の圧力が狙いの圧力範囲Ｐｒの下限値Ｐｍｉｎの近傍まで低下するように、減圧を実施する一定時間が予め適合により設定されている。
【００２７】
圧力範囲Ｐｒの上限値Ｐｍａｘは、それ以上圧力が高くなると外装体５の内部のガスの排出が良好に行われなくなる（ＮＧとなる）値であり、例えば約１３ｈＰａに設定される。圧力範囲Ｐｒの下限値Ｐｍｉｎは、それ以上圧力が低くなる（真空度が高くなる）と電解液の沸騰を生じるおそれのある値であり、例えば約１０ｈＰａに設定される。
【００２８】
ガス抜きの完了、つまり所定の圧力範囲Ｐｒの保持の終了については、この実施例では、図５に示すように、ガス抜きが進行するに従って、環境の圧力の上昇速度が低下することに着目し、圧力の上昇速度、つまり圧力の勾配（ΔＰ／ｔ）を監視して、この上昇速度ΔＰ／ｔが所定の判定値以下となった時点ｔ３で、外装体５の内部のガスが十分に排出されたと判断して、ガス抜き工程を終了している。つまり、環境内の圧力が狙いの圧力範囲Ｐｒまで低下した時点ｔ１から、保持の終了時点ｔ３までの期間が、外装体５の内部のガスを十分に排出するのに必要な「所定期間」に相当する。
【００２９】
［１］以上のように本実施例では、ガス抜き工程における環境の圧力を、高真空の圧力領域（０．１〜１０−５Ｐａ）に比して十分に真空度が低い（つまり、圧力が高い）低真空の圧力領域（１００Ｐａ以上）における所定の圧力範囲Ｐｒ内に、外装体５の内部のガスが排出されるのに十分な所定期間Ｔｒ以上、保持し続けることによって、真空度が高い場合に生じる電解液の沸騰による揮発を十分に抑制しつつ、比較的長い所定期間Ｔｒ（例えば、１０秒以上）にわたって真空状態を維持することで、外装体５の内部における開口１５から遠い位置に存在するガスについても、このガスが開口１４の近傍まで移動するのに必要な時間が与えられ、外装体５の内部のガスを良好に排出することができる。しかも、真空度が低く抑制されているために、減圧装置の負担も軽減し、生産性に優れている。
【００３０】
［２］ここで、狙いの圧力範囲Ｐｒは、少なくとも低真空（大気圧よりも低く、かつ、１００Ｐａ以上）の圧力領域であり、より具体的には、少なくとも電解液が沸騰するおそれのある圧力である電解の沸騰点（約１０ｈＰａ）よりも高い範囲で、例えば１０〜１３ｈＰａ程度の、従来よりもはるかに真空度の低い圧力範囲Ｐｒである。なお、電解液が沸騰する圧力は雰囲気温度によって変化するが、通常、減圧室内部の雰囲気温度は略一定に保たれているため、狙いの圧力範囲Ｐｒはあらかじめ定められた一定の圧力範囲となる。もちろん、減圧湿無いの雰囲気温度が変化する場合は、雰囲気温度に応じて圧力範囲Ｐｒを変更しても良い。
【００３１】
［３］更に、ガス抜き工程において、環境内の圧力が狙いの圧力範囲Ｐｒの上限値Ｐｍａｘの近傍の所定値Ｐｓまで上昇すると、予め設定された一定時間、減圧を実施する動作を繰り返すという簡素な制御によって、環境内の圧力を狙いの圧力範囲に保持することができる。
【００３２】
［４］また、外装体５の内部のガスが抜けていくに従って、環境内の圧力の上昇速度（真空度の低下速度）も低下していくことから、圧力の上昇速度が所定値以下となるまで、ガス抜き工程を継続し、つまり環境内の圧力を狙いの圧力範囲Ｐｒに保持し続けており、これによって、外装体５の内部のガス残量を簡素な制御で精度良く少なくすることができる。
【００３３】
［５］但し、より簡易的に、狙いの圧力範囲Ｐｒに保持する所定期間Ｔｒを、予め適合により設定された一定時間としても良い。この一定時間は、外装体５の大きさ等により変動するものであるが、あまり短すぎるとガスを十分に排出することができないために、好ましくは１０秒以上である。
【符号の説明】
【００３４】
１…フィルム外装電池
２，３…端子
４…発電要素
５…外装体
１４…開口
【図１】
2015095375.tif 000003
【図２】
2015095375.tif 000004
【図３】
2015095375.tif 000005
【図４】
2015095375.tif 000006
【図５】
2015095375.tif 000007