(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と、電解質層と、を積層してなる発電要素が外装体によって覆われた二次電池を製造する製造方法において、
前記外装体が前記発電要素における対向する面に重ねられ、前記外装体の一の端部に前記発電要素の外周面に臨む開口部を有するアセンブリを形成し、
前記発電要素における前記対向する面の少なくとも一方の面を前記外装体を介して覆うように弾性を有する板状の弾性体を前記アセンブリに配置し、
平坦な面を有する第１板状部材および平坦な面を有する第２板状部材によって前記弾性体を配置した前記アセンブリを挟持し、
前記外装体の前記一の端部に対して反対側の他の端部よりも上側に前記開口部を位置させる状態に、前記アセンブリを保持し、
前記アセンブリの雰囲気を減圧しながら、前記他の端部から前記一の端部へ向かって順次、前記第１板状部材と前記第２板状部材との間の間隔を狭めて前記アセンブリの内部のガスを前記開口部から排出する、二次電池の製造方法。
【請求項２】
前記開口部を前記他の端部よりも上側に位置させる状態に前記アセンブリを保持する段階において、前記アセンブリを、水平面に対する傾斜角が２０〜７０度の範囲において傾斜させた状態に保持する、請求項１に記載の二次電池の製造方法。
【請求項３】
前記弾性体は、独立気泡構造のスポンジによって形成される、請求項１または請求項２に記載の二次電池の製造方法。
【請求項４】
前記第１板状部材、前記第２板状部材および前記弾性体を配置した前記アセンブリを、真空バッグによって覆い、
前記真空バッグの内部を減圧することによって前記アセンブリの雰囲気を減圧する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池の製造方法。
【請求項５】
前記アセンブリの内部のガスを前記開口部から排出した後、さらに、前記アセンブリの前記開口部を接合して閉じて初期充電し、
前記アセンブリを、初期充電後に前記外装体の一部を切断して孔部を形成することによってサブアセンブリとし、
前記サブアセンブリの前記発電要素における前記少なくとも一方の面を前記外装体を介して覆うように前記弾性体を配置し、
前記第１板状部材および前記第２板状部材によって前記弾性体を配置した前記サブアセンブリを挟持し、
前記外装体の前記他の端部よりも上側に前記孔部を位置させる状態に、前記サブアセンブリを保持し、
前記サブアセンブリの雰囲気を減圧しながら、前記他の端部から前記一の端部へ向かって順次、前記第１板状部材と前記第２板状部材との間の間隔を狭めて前記サブアセンブリの内部のガスを前記孔部から排出し、
前記孔部を封止する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池の製造方法。
【請求項６】
前記電極の正極および負極の少なくとも一方の活物質層が、厚さが１５０〜１５００μｍである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の二次電池の製造方法。
【請求項７】
電極と、電解質層と、を積層してなる発電要素が外装体によって覆われた二次電池を製造する製造装置において、
前記外装体が前記発電要素における対向する面に重ねられ、前記外装体の一の端部に前記発電要素の外周面に臨む開口部を有するアセンブリに配置され、前記対向する面の少なくとも一方の面を前記外装体を介して覆い、弾性を有する板状の弾性体と、
平坦な面を有する第１板状部材および平坦な面を有する第２板状部材を備え、前記弾性体を配置した前記アセンブリを挟持する挟持部と、
前記外装体の前記一の端部に対して反対側の他の端部よりも上側に前記開口部を位置させる状態に、前記アセンブリを保持する保持部と、
前記アセンブリの雰囲気を減圧可能な減圧部と、
前記挟持部および前記減圧部の作動を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記アセンブリの雰囲気を減圧しながら、前記他の端部から前記一の端部へ向かって順次、前記第１板状部材と前記第２板状部材との間の間隔を狭めて前記アセンブリの内部のガスを前記開口部から排出する、二次電池の製造装置。
【請求項８】
前記保持部は、水平面に対する傾斜角が２０〜７０度の範囲において傾斜させた状態に保持する、請求項７に記載の二次電池の製造装置。
【請求項９】
前記弾性体は、独立気泡構造のスポンジによって形成される、請求項７または請求項８に記載の二次電池の製造装置。
【請求項１０】
前記減圧部は、前記アセンブリを密閉状態で覆う袋状の真空バッグを有し、
前記制御部は、前記減圧部の作動を制御して前記真空バッグの内部を減圧する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の二次電池の製造装置。
【請求項１１】
前記外装体の一部を切断して孔部を形成する切断部をさらに有する、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の二次電池の製造装置。
【請求項１２】
前記電極の正極および負極の少なくとも一方の活物質層が、厚さが１５０〜１５００μｍである、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の二次電池の製造装置。
【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とその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護のため二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が鋭意行われている。二次電池としては、高エネルギー密度、高出力密度が達成できるリチウムイオン二次電池に注目が集まっている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池は、自動車の走行エネルギーを貯蔵するため、高エネルギー密度が基本特性として重要である。電池のエネルギー密度を高くする方法として、電池内の正極材料と負極材料の割合を高くする方法が知られている。下記特許文献１には、電極の膜厚を厚くすることにより、集電体やセパレータの相対的な割合を減少させて電池のエネルギー密度を高くした二次電池が開示されている。特許文献１に記載されているように、電極の膜厚を厚くすることができれば集電体やセパレータの相対的な割合を減少させることができ、エネルギー密度向上に有効であると考えられる。
【０００４】
ところで、二次電池を形成する際には、電極、集電体および電解質層を積層するが、積層した部位の微妙な隙間によりガス（気泡）が残留することがある。そのため、積層作業は慎重に行う必要があり、また慎重に行っても十分に除去しきれずに残ってしまうことがある。このように電極の内部に気泡が残ると、その部位ではイオン透過および電子の移動ができないデッドスペースが発生し、出力低下の要因にもなる。このように気泡の混入が出力密度を向上させる際の課題となっている。例えば、下記特許文献２には、電極内の気泡を排出するために円柱形状のローラによって電極の表面を押圧して気泡を外部へ排出するガス抜き方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２０４９３６号公報
【特許文献２】特開２００９−２９５５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ローラによるガス抜き方法は、押圧をかける際のローラと電極との接触面積が狭いため、局所的に押圧力がかかってしまう。特に、膜厚の厚い電極は柔らかく変形しやすいため、ガス抜きにローラを使用すると、電極に局所的に過度な力がかかり、電極が変形してしまう虞がある。
【０００７】
そこで、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、電極の変形を抑制しながら、電極内のガスを排出することができる二次電池の製造方法とその製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明に係る二次電池の製造方法は、電極と、電解質層と、を積層してなる発電要素が外装体によって覆われた二次電池を製造する製造方法である。二次電池の製造方法は、まず、前記外装体が前記発電要素における対向する面に重ねられ、前記外装体の一の端部に前記発電要素の外周面に臨む開口部を有するアセンブリを形成する。次に、前記発電要素における前記対向する面の少なくとも一方の面を前記外装体を介して覆うように弾性を有する板状の弾性体を前記アセンブリに配置し、平坦な面を有する第１板状部材および平坦な面を有する第２板状部材によって前記弾性体を配置した前記アセンブリを挟持する。次に、前記外装体の前記一の端部に対して反対側の他の端部よりも上側に前記開口部を位置させる状態に、前記アセンブリを保持する。その後、前記アセンブリの雰囲気を減圧しながら、前記他の端部から前記一の端部へ向かって順次、前記第１板状部材と前記第２板状部材との間の間隔を狭めて前記アセンブリの内部のガスを前記開口部から排出する。
【０００９】
上記目的を達成する本発明に係る二次電池の製造装置は、電極と、電解質層と、を積層してなる発電要素が外装体によって覆われた二次電池を製造する製造装置である。二次電池の製造装置は、前記外装体が前記発電要素における対向する面に重ねられ、前記外装体の一の端部に前記発電要素の外周面に臨む開口部を有するアセンブリに配置され、前記対向する面の少なくとも一方の面を前記外装体を介して覆い、弾性を有する板状の弾性体と、平坦な面を有する第１板状部材および平坦な面を有する第２板状部材を備え、前記弾性体を配置した前記アセンブリを挟持する挟持部と、前記外装体の前記一の端部に対して反対側の他の端部よりも上側に前記開口部を位置させる状態に、前記アセンブリを保持する保持部と、前記アセンブリの雰囲気を減圧可能な減圧部と、前記挟持部および前記減圧部の作動を制御する制御部と、を有する。前記制御部は、前記アセンブリの雰囲気を減圧しながら、前記他の端部から前記一の端部へ向かって順次、前記第１板状部材と前記第２板状部材との間の間隔を狭めて前記アセンブリの内部のガスを前記開口部から排出する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る二次電池の製造方法および製造装置によれば、開口部に向かって第１板状部材と第２板状部材との間隔を狭めることによって、開口部へ向かって電極内のガスを押し出す方向に向かって徐々に押圧力を増加させることができる。また、弾性体を介して押圧することによって、電極に対して押圧力がかかる面積が増えるため、より均一に全体を押圧することができ、電極の変形を抑制することができる。さらに、アセンブリを傾斜させることによって電極内のガスに開口部へ向かう上方向の浮力が働く。ガスが開口部へ向かう方向に押圧力と浮力を同時にかけることにより、電極内のガスを効率的に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る二次電池の外観を模式的に表した斜視図である。
【図２】図１の２−２線に沿う断面図である。
【図３】図２の破線で囲んだ部分を拡大した部分を示す断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、アセンブリを説明するための図であり、図４（Ｂ）は、発電要素を簡略化して表した図である。
【図５】本発明の実施形態に係る二次電池の製造装置を示す概略構成図であり、図５（Ａ）は、製造装置の斜視図であり、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）は、板状部材の間隔を狭める前後の状態を示す側面図である。
【図６】外装体に孔部を形成したサブアセンブリを示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法を示すフローチャートである。
【図８】アセンブリの形成方法を示すフローチャートである。
【図９】電極内からガスが排出される原理を説明するための概念図であり、図９（Ａ）は、傾斜角θを３０度、図９（Ｂ）は、傾斜角θを９０度、図９（Ｃ）は、傾斜角θを０度、としたときの電極内をガスが移動する様子を示している。
【図１０】実施形態の変形例に係る二次電池の製造装置を示す概略構成図であり、図１０（Ａ）は、減圧前の状態を示し、図１０（Ｂ）は、減圧後の状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１３】
なお、本明細書では、積層型リチウムイオン二次電池を単に「二次電池」と称することがある。また、「集電体」と称する場合、正極集電体または負極集電体のいずれかを意味する場合もあるし、両方を意味する場合がある。「活物質」および「活物質層」についても同様である。
【００１４】
（二次電池）
図１は、本発明の実施形態に係る積層型リチウムイオン二次電池の外観を模式的に表した斜視図である。図１に示す二次電池１０は、長方形状の扁平な形状を有し、異なる辺から電力を取り出すための正極タブ５１ａおよび負極タブ５１ｂが引き出されている。なお、正極タブ５１ａおよび負極タブ５１ｂが引き出される辺は同じ辺であってもよい。
【００１５】
二次電池１０は、図２に示すように、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素２０が、外装体８０の内部に封止された構造を有する。
【００１６】
発電要素２０は、集電体５０に活物質層６０が形成されてなる電極４０と、電極４０の間に配置される電解質層７０と、を積層してなる。集電体５０は、正極集電体５０ａおよび負極集電体５０ｂから構成され、活物質層６０は、正極活物質層６０ａおよび負極活物質層６０ｂから構成される。
【００１７】
電極４０は、正極集電体５０ａの一方の面に正極活物質層６０ａが形成されてなる正極４０ａと、負極集電体５０ｂの一方の面に負極活物質層６０ｂが形成されてなる負極４０ｂと、を有する。
【００１８】
正極活物質層６０ａ、負極活物質層６０ｂおよび電解質層７０によって一つの電池セルである単電池層３０が構成されている。単電池層３０の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。なお、単電池層３０の積層回数は特に限定されず、十分な出力が確保できればよい。
【００１９】
集電体５０は、活物質層６０と接して電子の移動を媒介する機能を有する。正極集電体５０ａは正極タブ５１ａと接続され、負極集電体５０ｂは負極タブ５１ｂと接続される。正極タブ５１ａおよび負極タブ５１ｂは、外装体８０の端部に挟まれるようにして外装体８０の外部に導出される。
【００２０】
集電体５０としては、例えば、金属や、導電性を有する樹脂が採用されうる。具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。
【００２１】
また、後者の導電性を有する樹脂としては、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂が挙げられる。導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。このような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体５０の軽量化の点において有利である。
【００２２】
非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ；高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）など）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、またはポリスチレン（ＰＳ）などが挙げられる。このような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。
【００２３】
上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体５０の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。
【００２４】
導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、及びＳｂからなる群から選択される少なくとも１種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はない。好ましくは、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも１種を含むものである。
【００２５】
なお、集電体５０は、単独の材料からなる単層構造であってもよいし、あるいは、これらの材料からなる層を適宜組み合わせた積層構造であってもよい。また、単電池層３０間のリチウムイオンの移動を遮断する観点からは、集電体５０の一部に金属層を設けてもよい。
【００２６】
活物質層６０は、図３に示すように、活物質６３を含む。活物質６３は、充放電時にイオンを吸蔵・放出し、電気エネルギーを生み出す。活物質６３には、放電時にイオンを吸蔵し充電時にイオンを放出する組成を有する正極活物質６３ａと、放電時にイオンを放出し充電時にイオンを吸蔵できる組成を有する負極活物質６３ｂとがある。活物質層６０は、活物質として正極活物質６３ａを使用する場合は正極活物質層６０ａとして機能し、負極活物質６３ｂを使用する場合は負極活物質層６０ｂとして機能する。なお、本明細書では、正極活物質６３ａおよび負極活物質６３ｂに共通する事項については、単に「活物質６３」として説明する。
【００２７】
正極活物質６３ａとしては、リチウムと遷移金属との複合酸化物（例えばＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２およびＬｉＭｎ２Ｏ４）、遷移金属酸化物（例えばＭｎＯ２およびＶ２Ｏ５）、遷移金属硫化物（例えばＭｏＳ２およびＴｉＳ２）および導電性高分子（例えばポリアニリン、ポリフッ化ビニリデン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ−ｐ−フェニレンおよびポリカルバゾール）等が挙げられる。
【００２８】
負極活物質６３ｂとしては、黒鉛、アモルファス炭素、高分子化合物焼成体（例えばフェノール樹脂およびフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等）、コークス類（例えばピッチコークス、ニードルコークスおよび石油コークス等）、炭素繊維、導電性高分子（例えばポリアセチレン）、スズ、シリコン、および金属合金（例えばリチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金およびリチウム−アルミニウム−マンガン合金等）等が挙げられる。
【００２９】
正極活物質層６０ａは所定の厚さｔ１を有するシート状であり、電解質層７０側に配置される第１面６１ａおよび集電体５０側に配置される第２面６２ａを備えている。正極活物質層６０ａには正極活物質６３ａが含まれている。
【００３０】
同様に、負極活物質層６０ｂも所定の厚さｔ２を有するシート状であり、電解質層７０側に配置される第１面６１ｂおよび集電体５０側に配置される第２面６２ｂを備えている。負極活物質層６０ｂには負極活物質６３ｂが含まれている。
【００３１】
正極活物質層６０ａの厚さｔ１および負極活物質層６０ｂの厚さｔ２は、それぞれ１５０〜１５００μｍであることが好ましく、このように電極４０が厚いと電池内に多くの活物質６３を含ませることができるため、電池を高容量化することができ、エネルギー密度向上に有効である。厚さｔ１は、より好ましくは２００〜９５０μｍであり、さらに好ましくは２５０〜９００μｍである。厚さｔ２は、より好ましくは２００〜９５０μｍであり、さらに好ましくは２５０〜９００μｍである。
【００３２】
正極活物質層６０ａおよび負極活物質層６０ｂのうち少なくとも一方は、電子伝導材料からなる導電部材６４を含む。活物質６３の表面の少なくとも一部は、被覆用樹脂６５および導電助剤６６を含む被覆剤６７によって被覆された被覆活物質６８である。また、導電部材６４の少なくとも一部は、第１面６１ａ、６１ｂから第２面６２ａ、６２ｂまでを電気的に接続する導電通路を形成している。
【００３３】
導電部材６４は、導電性繊維から構成される。なお、導電部材６４を構成する材料は、導電性繊維６４に限定されず、導電化処理された樹脂等によって構成してもよい。
【００３４】
導電性繊維６４のうち、一部の繊維の一方の端部は、第１面６１ａ、６１ｂに達しており、もう一方の端部は、第２面６２ａ、６２ｂに達している。これにより、導電性繊維６４のうち少なくとも一部は、第１面６１ａ、６１ｂから第２面６２ａ、６２ｂまでを電気的に接続する導電通路を形成している。
【００３５】
また、第１面６１ａ、６１ｂと第２面６２ａ、６２ｂとの間には多数の導電性繊維６４が絡み合って存在しているが、複数本の導電性繊維６４が接触していて第１面６１ａ、６１ｂから第２面６２ａ、６２ｂまでを連続的に繋いでいる場合も、導電性繊維６４が第１面６１ａ、６１ｂから第２面６２ａ、６２ｂまでを電気的に接続する導電通路を形成しているといえる。
【００３６】
導電性繊維６４としては、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を、導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。これらの導電性繊維の中では炭素繊維が好ましい。
【００３７】
被覆用樹脂６５としては、活性水素成分とイソシアネート成分とを反応させて得られるウレタン樹脂等を使用することができる。
【００３８】
活性水素成分としては、ポリエーテルジオール、ポリカーボネートジオールおよびポリエステルジオールからなる群から選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００３９】
導電助剤６６としては、導電性を有する材料から選択される。
【００４０】
具体的には、金属｛アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）、銀、金、銅およびチタン等｝、カーボン｛グラファイトおよびカーボンブラック［アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等］等｝、およびこれらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
【００４１】
これらの導電助剤は１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用してもよい。また、これらの合金または金属酸化物が用いられてもよい。電気的安定性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、金、銅、チタンおよびこれらの混合物であり、さらに好ましくは銀、金、アルミニウム、ステンレスおよびカーボンであり、特に好ましくはカーボンである。またこれらの導電助剤とは、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料（上記した導電性材料のうち金属のもの）をめっき等でコーティングしたものでもよい。
【００４２】
導電助剤６６の形状（形態）は、粒子形態に限られず、粒子形態以外の形態であってもよく、カーボンナノチューブなど、いわゆるフィラー系導電性樹脂組成物として実用化されている形態であってもよい。
【００４３】
また、本発明の好ましい形態においては、活物質層６０の体積を基準として、被覆活物質６８の占める体積の割合が３０〜８０ｖｏｌ％であることが好ましい。被覆活物質６８の割合が多くなることによって、高容量の電極となる。
【００４４】
電解質層７０は、正極活物質層６０ａおよび負極活物質層６０ｂを物理的に隔離しつつ、基材としてのセパレータの面方向中央部に電解質が保持されてなる構成を有する。
【００４５】
電解質層７０に使用される電解質は、特に制限はないが、活物質層６０のイオン伝導性を確保する観点から、液体電解質、ゲルポリマー電解質、またはイオン液体電解質が用いられる。液体電解質（電解液）は、リチウムイオンのキャリヤーとしての機能を有する。電解液層を構成する液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。
【００４６】
再び図２を参照して、外装体８０は、発電要素２０を覆う電池外装である。本実施形態において、外装体８０は、四角形のシート状であり、図１および図４（Ｂ）に示す発電要素２０における対向する面２１、２２に配置される。図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、発電要素２０の外周面の一つの面２３に臨む一の端部８１を除く、他の端部８２、８３、８４（図４（Ａ）中の破線で囲まれた部分）を融着する。当該融着しない一の端部８１は、発電要素２０の内部のガスを外装体８０の外部へ排出するための連通孔である開口部８１ｈを形成する。本明細書中では、外装体８０と発電要素２０が積層され、開口部８１ｈが形成された組立体を「アセンブリ９０」と称する。また、図６に示すように、アセンブリ９０を初期充電後に外装体８０の一部を切断して孔部８５ｈが形成された組立体を「サブアセンブリ９１」と称する。
【００４７】
本実施形態における二次電池１０は、アセンブリ９０の外装体８０の一の端部８１を融着し、外装体８０によって発電要素２０を内部に内包して封止することによって形成される。
【００４８】
本実施形態のような扁平型電池において、外装体８０と発電要素２０との間に隙間があると、電池に振動や衝撃が加えられたときに発電要素２０が外装体８０の内部で振動することによって、発電要素２０や外装体８０が破損することがある。このような発電要素２０の振動による外装体８０の破損を防止するために、外装体８０の内部は減圧されて真空に近い状態に保たれ、発電要素２０の表面と外装体８０の内側は密着した状態となっている。
【００４９】
外装体８０としては、ラミネートシートを好適に使用することができる。ラミネートシートには、例えば、ＰＰ、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる３層構造のラミネートシート等を用いることができるが、これらに制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、ＥＶ、ＨＥＶ用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素２０への面圧を容易に調整することができ、外装体８０はアルミニウムを含むラミネートフィルムがより好ましい。
【００５０】
（二次電池の製造装置）
本発明の実施形態に係る二次電池１０の製造装置１００は、外装体８０の内部のガスを外部へ排出するための装置である。製造装置１００は、図５に示すように、弾性を有する板状の弾性体１１０と、アセンブリ９０を挟持する挟持部１２０と、アセンブリ９０を保持する保持部１３０と、アセンブリ９０の雰囲気を減圧可能な減圧部１４０と、を有する。製造装置１００は、図６に示すように、初期充電後に外装体８０の一部を切断して孔部８５ｈを形成する切断部１５０をさらに有する。また、挟持部１２０、減圧部１４０および切断部１５０の作動を制御する制御部１６０を有する。以下、図５および図６を参照して各構成部材について説明する。
【００５１】
弾性体１１０は、発電要素２０における対向する面２１、２２の一方の面２１（図４（Ｂ）を参照）を、外装体８０を隔てて覆う。弾性体１１０の外装体８０と接触する面は、四角形状であり、発電要素２０における対向する面２１の全体を覆うことのできる大きさを備える。
【００５２】
弾性体１１０としては、弾性を有する材料によって形成される。弾性体１１０としては、独立気泡構造のスポンジを好適に使用することができる。独立気泡構造は、独立気泡構造のスポンジを構成する材料としては、樹脂、ゴムなどが挙げられる。
【００５３】
独立気泡構造のスポンジは、各気泡が他の気泡と接続せずに独立している。このため、弾性体１１０は、アセンブリ９０を適切な加圧力で加圧できる反発弾性力を備えることができる。
【００５４】
挟持部１２０は、平坦な面を有する第１板状部材１２１と、平坦な面を有する第２板状部材１２２と、第１板状部材１２１と第２板状部材１２２との間隔を調整する第１調整部１２３および第２調整部１２４と、を有する。
【００５５】
第１板状部材１２１および第２板状部材１２２は、弾性体１１０が配置されたアセンブリ９０を挟持する。第１板状部材１２１は、アセンブリ９０において弾性体１１０が配置された側（発電要素２０における対向する面２１側）に配置され、弾性体１１０に接するように設けられる。第２板状部材１２２は、アセンブリ９０において弾性体１１０が配置された側（発電要素２０における対向する面２２側）と反対側に配置され、外装体８０の外面に接するように設けられる。互いに向かい合う第１板状部材１２１の面および第２板状部材１２２の面は、四角形状であり、弾性体１１０および外装体８０にそれぞれ面接触可能に配置されている。
【００５６】
第１調整部１２３および第２調整部１２４は、第１板状部材１２１と第２板状部材１２２との間隔が所定の間隔以上に開かないように固定し、当該間隔を狭めるように調整可能な構成を備える。第１調整部１２３および第２調整部１２４は、例えば、ボルト１２３ｂ、１２４ｂと締付治具１２３ｎ、１２４ｎを備える。第１板状部材１２１および第２板状部材１２２にボルト１２３ｂ、１２４ｂの軸部が貫通することのできる貫通穴１２１ｈ、１２２ｈを設けておき、当該貫通穴１２１ｈ、１２２ｈにボルト１２３ｂ、１２４ｂの軸部を貫通させて締付治具１２３ｎ、１２４ｎによって固定する。
【００５７】
締付治具１２３ｎ、１２４ｎの締付度合いによって第１板状部材１２１と第２板状部材１２２との間隔、すなわち、互いに向かい合う第１板状部材１２１の面と第２板状部材１２２の面との距離を調整することができる。締付治具１２３ｎ、１２４ｎの締付度合いは、ステッピングモータ等の機械制御によって調節する。このような構成により、挟持部１２０は、第１板状部材１２１と第２板状部材１２２との間隔を狭めることによって、その間に挟持されたアセンブリ９０に押圧力Ｆ１を付与する。
【００５８】
挟持部１２０としては、アセンブリ９０に押圧力Ｆ１を付与可能な硬さを備える材料から選択される。弾性体１１０よりも硬い材料から構成されることが好ましく、例えば、フェノール樹脂等の樹脂や金属などが挙げられる。
【００５９】
保持部１３０は、図５（Ｂ）に示すように、外装体８０の一の端部８１に対して反対側の他の端部８２よりも上側に開口部８１ｈを位置させる状態に、アセンブリ９０を保持する。本実施形態では、保持部１３０は、水平面から所定の傾斜角θだけ傾斜した傾斜台１３１と、傾斜台１３１に配置したアセンブリ９０が意図しない方向へ移動しないように支持する支持部材１３２とを有する。図５（Ｂ）に示すように、傾斜台１３１は、側面が三角形状であり、床面に接する面（水平面）から傾斜角θだけ傾斜した傾斜面を有する。当該傾斜面の下端には、当該傾斜面に対してほぼ垂直方向に板状の支持部材１３２が延在している。アセンブリ９０は、開口部８１ｈが上方に位置するように、傾斜面に配置される。傾斜角θは、０（ゼロ）度より大きく９０度以下であることが好ましく、より好ましくは２０〜７０度である。このように鋭角に傾斜させることによって効率的に電極４０中のガスを排出させることができる。この原理については、後述する。
【００６０】
減圧部１４０は、アセンブリ９０、弾性体１１０、第１板状部材１２１および第２板状部材１２２を内部に配置して密閉状態にする真空容器１４１と、真空容器１４１内の空気を吸引して減圧する真空ポンプ１４２と、を有する。真空容器１４１は、内部を減圧されることによって容易に変形しない材料によって構成され、真空容器１４１内の容積は減圧後もほぼ一定に保たれる。
【００６１】
切断部１５０は、図６に示すように切断刃を備えるカッターによって構成され、外装体８０の一部を切断して孔部８５ｈを形成する。これにより、サブアセンブリ９１を形成する。初期充電によって発生したガスは、当該孔部８５ｈから外装体８０の外部に排出される。
【００６２】
制御部１６０は、製造装置１００全体の動作を制御する。具体的には、制御部１６０は、ＲＯＭやＲＡＭから構成された記憶部と、ＣＰＵを主体に構成された演算部と、各種データや制御指令の送受信を行う入出力部と、を有する。入出力部は、挟持部１２０、減圧部１４０、切断部１５０等に電気的に接続している。記憶部は、アセンブリ９０、弾性体１１０、第１板状部材１２１および第２板状部材１２２の板厚や形状、傾斜角θ等のデータを記憶する。演算部は、記憶部から読み出したデータおよび入出力部から受信したデータに基づいて、第１板状部材１２１と第２板状部材１２２との間隔、真空容器１４１内の圧力等を算出する。算出したデータに基づく制御信号は、入出力部を介して減圧部１４０、切断部１５０等へ送信される。このようにして、制御部１６０は、アセンブリ９０の押圧動作、真空容器１４１内の減圧動作や外装体８０の切断動作等を制御する。
【００６３】
（二次電池の製造方法）
本発明の実施形態に係る二次電池１０の製造方法は、概説すれば、図７に示すように、アセンブリ９０を形成する工程（ステップＳ１）と、発電要素２０の内部のガスを排出する工程（ステップＳ２〜Ｓ６）と、開口部８１ｈを封止する工程（ステップＳ７）と、初期充電後に発電要素２０から発生するガスを排出する工程（ステップＳ８〜Ｓ１０）と、から構成される。以下、各工程について詳細に説明する。
【００６４】
アセンブリ９０を形成する工程（ステップＳ１）は、図８に示すように、電極４０を形成する工程（ステップＳ１０１〜Ｓ１０３）と、発電要素２０を形成する工程（ステップＳ１０４、Ｓ１０５）と、外装体８０によって発電要素２０を内包する工程（ステップＳ１０６）と、開口部８１ｈを形成する工程（ステップＳ１０７）と、を有する。
【００６５】
電極４０を形成する工程（ステップＳ１０１〜Ｓ１０３）は、構造体を準備する工程（ステップＳ１０１）と、スラリーを塗布する工程（ステップＳ１０２）と、被覆活物質６８を充填する工程（ステップＳ１０３）とを含む。
【００６６】
まず、ステップＳ１０１として、導電部材６４を含み、その中に複数の空隙を有し、第１面６１ａ、６１ｂと第２面６２ａ、６２ｂを備えた構造体を準備する。
【００６７】
構造体としては、導電性繊維からなる導電部材６４を含む不織布、導電性繊維からなる導電部材６４を含む織物もしくは編物、または、導電化処理された樹脂からなる導電部材６４を含む発泡樹脂を用いることが好ましい。
【００６８】
次に、ステップＳ１０２として、被覆活物質６８を含むスラリーを、構造体の第１面６１ａ、６１ｂまたは第２面６２ａ、６２ｂに塗布する。活物質６３は、被覆剤６７によって被覆され、被覆活物質６８となっている。
【００６９】
活物質６３を含むスラリーは、溶剤を含む溶剤スラリーであるか、電解液を含む電解液スラリーであることが好ましい。
【００７０】
溶剤としては、水、プロピレンカーボネート、１−メチル−２−ピロリドン（Ｎ−メチルピロリドン）、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアミンおよびテトラヒドロフラン等が挙げられる。
【００７１】
スラリーは、被覆活物質６８と、必要により導電助剤６６とを、溶剤または電解液の重量に基づいて１０〜６０重量％の濃度で分散してスラリー化することにより調製することが好ましい。
【００７２】
被覆活物質６８を含むスラリーは、構造体の第１面６１ａ、６１ｂまたは第２面６２ａ、６２ｂにバーコーター、刷毛等の任意の塗工装置を用いて塗布することができる。
【００７３】
続いて、ステップＳ１０３として、加圧または減圧して被覆活物質６８を構造体中の空隙に充填する。これにより、電極４０が形成される。
【００７４】
加圧操作の方法としては、スラリーの塗布面の上からプレス機を用いてプレスする方法が挙げられる。また、減圧操作の方法としては、構造体にスラリーが塗布されていない側の面に濾紙やメッシュ等を当てて、真空ポンプにより吸引する方法が挙げられる。
【００７５】
構造体には空隙があるため、加圧または減圧操作により被覆活物質６８を構造体中の空隙に充填することができる。
【００７６】
被覆活物質６８を含むスラリーが溶剤を含む溶剤スラリーである場合、後に、溶剤を留去する工程をさらに行うことが好ましい。
【００７７】
また、被覆活物質６８を含むスラリーが、電解液を含む電解液スラリーである場合、構造体中の空隙は、被覆活物質６８および電解液で満たされることになり、リチウムイオン電池用電極として好ましい構成となる。ただし、電極４０または電解質層７０に含まれる電解液は、ゲル化剤によって、ゲル化させてもよい。
【００７８】
さらに、膜上に定着された被覆活物質６８を、集電体５０の一方の面に転写して、電極４０を形成する。膜が導電性材料からなり、集電体５０として膜を用いる場合、膜とは反対側の面をセパレータの面に接触させて転写させることが好ましい。また、膜を集電体５０として用いない場合は、転写を行った後に、膜を剥離する工程を行うことが好ましい。
【００７９】
次に、ステップＳ１０４として、電極４０および電解質層７０を図２に示すように積層して単電池層３０を形成する。
【００８０】
次に、ステップＳ１０５として、単電池層３０を複数積層して発電要素２０を形成する。
【００８１】
次に、ステップＳ１０６として、内部に金属板を備え長尺に形成した一対のラミネートシートである外装体８０を準備する。ラミネートシートによって、発電要素２０における対向する面２１、２２を積層方向に沿った両側から挟持するように被覆して、発電要素２０を内包する。
【００８２】
最後に、ステップＳ１０７として、図４（Ａ）に示すように、発電要素２０の外側に位置する外装体８０の周囲を、一部を隔てて融着する。具体的には、発電要素２０の外周面の一つの面２３に臨む一の端部８１を除く、他の端部８２、８３、８４（図４（Ａ）中の破線で囲まれた部分）を融着する。当該融着しない一の端部８１は、発電要素２０の内部のガスを外装体８０の外部へ排出するための連通孔である開口部８１ｈを形成する。このようにして、アセンブリ９０が形成される。
【００８３】
次に、発電要素２０の内部のガスを排出する工程について説明する。発電要素２０の内部のガスを排出する工程（ステップＳ２〜Ｓ６）は、弾性体１１０を配置する工程（ステップＳ２）と、挟持部１２０によって挟持する工程（ステップＳ３）と、アセンブリ９０を傾斜させる工程（ステップＳ４）と、アセンブリ９０の雰囲気を減圧する工程（ステップＳ５）と、アセンブリ９０を押圧する工程（ステップＳ６）と、を有する。
【００８４】
まず、ステップＳ２として、発電要素２０の面２１側に位置するアセンブリ９０の片面に、弾性体１１０の面が発電要素２０の外面の全体を覆うように外装体８０を隔てて弾性体１１０を重ね合わせる。
【００８５】
次に、ステップＳ３として、弾性体１１０の外面に接するように配置された第１板状部材１２１と、外装体８０の外面に接するように配置された第２板状部材１２２とによって弾性体１１０を配置したアセンブリ９０を挟持する。図５（Ａ）に示すように、互いに向かい合う第１板状部材１２１の面および第２板状部材１２２の面が、弾性体１１０および外装体８０の面に向かい合うように配置する。
【００８６】
次に、ステップＳ４として、弾性体１１０、挟持部１２０によって挟持されたアセンブリ９０を傾斜台１３１に配置する。これにより、外装体８０の一の端部８１に対して反対側の他の端部８２よりも上側に開口部８１ｈを位置させる状態に、アセンブリ９０を保持する。アセンブリ９０の下端（他の端部に相当）８２は、支持部材１３２によって支持されるため、アセンブリ９０が不用意に移動することがない。傾斜台１３１の傾斜角θに応じてアセンブリ９０を傾斜させることができる。
【００８７】
次に、ステップＳ５として、真空容器１４１の内部にアセンブリ９０、弾性体１１０、挟持部１２０を配置して密閉状態にする。その状態で、真空ポンプ１４２によって真空容器１４１内の空気を吸引して減圧する。これにより、アセンブリ９０の雰囲気を減圧する。
【００８８】
次に、ステップＳ６として、アセンブリ９０の雰囲気を減圧しながら、挟持部１２０によってアセンブリ９０を下端８２から上端（一の端部に相当）８１へ向かって増加する押圧力Ｆ１を付与する。このとき、アセンブリ９０は、弾性体１１０を介して押圧力Ｆ１を受ける。弾性体１１０は、挟持部１２０によって圧縮されて変形して反発弾性力を生じる。弾性体１１０は、アセンブリ９０の表面の凹凸に沿って変形して面方向に均一に接触する。これにより、弾性体１１０の反発弾性力によってアセンブリ９０の面方向にほぼ均一に電極４０に押圧力Ｆ１を付与することができる。以下、押圧力Ｆ１を付与する方法について、図５を参照しながら詳述する。
【００８９】
まず、図５（Ｂ）に示すように、外装体８０の開口部８１ｈ側の第１板状部材１２１および第２板状部材１２２の端部に第２調整部１２４を取り付け、開口部８１ｈとは反対側の第１板状部材１２１および第２板状部材１２２の端部に第１調整部１２３を取り付ける。このとき、第１板状部材１２１と第２板状部材１２２との間隔は、第１調整部１２３側の間隔ｄ１よりも第２調整部１２４側の間隔ｄ２が大きくなるように締付治具１２３ｎ、１２４ｎの締付度合いを調整する。
【００９０】
次に、図５（Ｃ）に示すように、第２調整部１２４の締付治具１２４ｎを締付けて間隔ｄ２を徐々に狭めて、下端８２から上端８１へ向かって第１板状部材１２１と第２板状部材１２２との間隔を狭める。挟持部１２０は、その間に挟持された弾性体１１０およびアセンブリ９０を押圧する。したがって、下端８２から上端８１へ向かって弾性体１１０とアセンブリ９０との接触面積が増加する。これによって、下端８２から上端８１へ向かってアセンブリ９０に付与される押圧力Ｆ１が増加する。また、電極４０の内部のガスに下端８２から上端８１へ移動させる浮力Ｆ２が働く。このため、ガスを電極４０の上端８１へ排出させることができる。
【００９１】
次に、ステップＳ７として、アセンブリ９０の開口部８１ｈを形成していた外装体８０の一の端部８１を融着して封止する。
【００９２】
次に、初期充電後に発電要素２０から発生するガスを排出する工程について説明する。初期充電後に発電要素２０から発生するガスを排出する工程（ステップＳ８〜Ｓ１０）は、初期充電工程（ステップＳ８）と、孔部８５ｈの形成（サブアセンブリ９１の形成）工程（ステップＳ９）と、孔部８５ｈの封止工程（ステップＳ１０）と、を有する。
【００９３】
まず、ステップＳ８として、二次電池１０に電気的に接続された充放電装置（図示せず）によって、初期充電を行う。初期充電により、二次電池１０内にはガスが発生する。
【００９４】
次に、ステップＳ９として、図６に示すように切断部１５０によって外装体８０の一部を切断して外装体８０の内部と外部を連通する孔部８５ｈを形成する。これにより、サブアセンブリ９１が形成される。当該孔部８５ｈから二次電池１０内に発生したガスを排出させる。ガスの排出においては、発電要素２０の内部のガスを排出する工程（ステップＳ２〜Ｓ６）と同様に板状の部材等を用いて二次電池１０に押圧力を付加してもよい。
【００９５】
次に、ステップＳ１０として、孔部８５ｈを融着して封止する。これにより、初期充電によって発生する二次電池１０のガスの排出が完了する。
【００９６】
続いて、図９を参照して、製造装置１００によって電極４０の内部からガス（気泡ｇ）を排出させる原理について説明する。なお、図９中の矢印Ｘは、外装体８０の下端８２から上端８１へ向かう方向を示し、矢印Ｙは、挟持部１２０によって押圧力Ｆ１が付与される方向を示す。
【００９７】
図９は、実施形態に係る製造方法および製造装置１００によって電極４０の内部から気泡ｇを排出する様子を表した概念図である。雰囲気は減圧部１４０によって減圧された状態にあり、挟持部１２０によって電極４０に対してほぼ垂直方向（矢印Ｙ方向）に押圧力Ｆ１が付与されている。前述したように矢印Ｙ方向へ向かってアセンブリ９０に付与される押圧力Ｆ１は増加する。また、電極４０内部は、電解液によって満たされているため、すべての気泡ｇには浮力Ｆ２が働いている状態である。気泡ｇはこの電解液中を移動する。
【００９８】
図９（Ａ）は、傾斜角θを３０度、図９（Ｂ）は、傾斜角θを９０度、図９（Ｃ）は、傾斜角θを０度、としたときの電極４０内を気泡ｇが移動する様子を示している。
【００９９】
図９（Ａ）に示すように、傾斜角θが０（ゼロ）度より大きく９０度より小さい、例えば、３０度の場合、浮力Ｆ２が上方向に働くため、気泡ｇは上方向に移動して電極４０の内表面に集まり、連結して拡大し、大きな気泡ｇが形成される。浮力Ｆ２には、電極４０の端部へ向かう方向であるＸ方向の成分が存在するため、気泡ｇに浮力Ｆ２によるＸ方向の力が働く。さらに、大きな気泡ｇは、小さな気泡ｇに比べて体積が大きいため、気泡ｇに働く浮力Ｆ２が増加する。また、電極４０の内表面に集まった気泡ｇには、浮力Ｆ２に加えて矢印Ｙ方向へ向かう押圧力Ｆ１が働く。
【０１００】
気泡ｇは、浮力Ｆ２および押圧力Ｆ１によって電極４０の内表面を伝って電極４０の端部へ向かう方向に移動する。電極４０の端部は、開口部８１ｈを介して外装体８０の外部と連通しているため、気泡ｇは開口部８１ｈから外装体８０の外部へ排出される。このように、気泡ｇに対して押圧力Ｆ１および浮力Ｆ２が協働して効果的に働くため、電極４０内の気泡ｇをより効率的に排出することができる。
【０１０１】
図９（Ｂ）に示すように、傾斜角θが９０度の場合、３０度の場合と同じく気泡ｇは、矢印Ｙ方向へ働く押圧力Ｆ１と、浮力Ｆ２とによって上方向（矢印Ｘ方向）に移動して電極４０の端部から外部へ排出される。しかしながら、電極４０の端部へ移動するまで気泡ｇが集まることがないため、大きな気泡ｇが形成されにくい。また、電極４０の端部付近の気泡ｇは抜けやすいため、電極４０の端部に生じる電解液の表面張力によって気泡ｇの連結による電極４０の外部との連通路が形成されにくくなる。したがって、３０度の場合に比べて、気泡ｇは排出されにくくなる。
【０１０２】
図９（Ｃ）に示すように、傾斜角θが０（ゼロ）度の場合、浮力Ｆ２が上方向に働くため、気泡ｇは上方向に移動して電極４０の内表面に集まり連結して拡大して大きな気泡ｇが形成される。しかしながら、浮力Ｆ２のＸ方向の成分がゼロなので、気泡ｇには、電極４０の端部へ向かう方向に働かない。したがって、３０度および９０度の場合に比べて、気泡ｇは排出されにくくなる。
【０１０３】
以上説明した原理により、傾斜角θは、０（ゼロ）度より大きく９０度以下であることが好ましく、より好ましくは２０〜７０度である。このように鋭角に傾斜させることによって効率的に電極４０中の気泡ｇを排出させることができる。
【０１０４】
以上説明したように、本発明の実施形態に係る二次電池１０の製造方法は、アセンブリ９０を形成し（ステップＳ１）、弾性体１１０を配置し（ステップＳ２）、挟持部１２０によって弾性体１１０を配置したアセンブリ９０を挟持する（ステップＳ３）。次に、外装体８０の一の端部８１に対して反対側の他の端部８２よりも上側に開口部８１ｈを位置させる状態に、アセンブリ９０を保持し（ステップＳ４）、アセンブリ９０の雰囲気を減圧しながら（ステップＳ５）、他の端部８２から一の端部８１へ向かって順次、第１板状部材１２１と第２板状部材１２２との間の間隔を狭めてアセンブリ９０の内部のガスを開口部８１ｈから排出する（ステップＳ６）。
【０１０５】
このように構成した二次電池１０の製造方法によれば、他の端部８２から一の端部８１へ向かって第１板状部材１２１と第２板状部材１２２との間隔を狭めることによって、開口部８１ｈへ向かって電極４０内のガスを押し出す方向に向かって徐々に押圧力Ｆ１を増加させることができる。また、弾性体１１０を介して押圧することによって、電極４０に対して押圧力Ｆ１がかかる面積が増えるため、より均一に全体を押圧することができ、電極４０の変形を抑制することができる。さらに、アセンブリ９０を傾斜させることによって電極４０内のガスに開口部８１ｈへ向かう上方向の浮力Ｆ２が働く。ガスが開口部８１ｈへ向かう方向に押圧力Ｆ１と浮力Ｆ２を同時にかけることにより、電極４０内のガスを効率的に排出することができる。
【０１０６】
また、アセンブリ９０を傾斜させる際に、水平面に対する傾斜角θは２０〜７０度である。これにより、外部から働く押圧力Ｆ１と傾斜させた状態における上方向の浮力Ｆ２が協働して効果的に働くため、電極４０内のガスをより効率的に排出することができる。
【０１０７】
また、弾性体１１０は、独立気泡構造のスポンジによって形成される。独立気泡構造のスポンジである弾性体１１０は、アセンブリ９０の表面の凹凸に沿って変形して面方向に均一に接触する。これにより、弾性体１１０の反発弾性力によってアセンブリ９０の面方向にほぼ均一に電極４０に押圧力Ｆ１をかけることができる。
【０１０８】
また、ガスを排出した後に、開口部８１ｈを接合して閉じて初期充電し（ステップＳ８）、外装体８０の一部を切断して孔部８５ｈを形成し（ステップＳ９）、アセンブリ９０の内部のガスを孔部８５ｈから排出し、孔部８５ｈを封止する（ステップＳ１０）。ガスの排出においては、発電要素２０の内部のガスを排出する工程（ステップＳ２〜Ｓ６）と同様に板状の部材等を用いて二次電池１０に押圧力を付加する。これにより、初期充電によって発生するガスを効率的に排出させることができるため、二次電池１０の性能特性を向上させることができる。
【０１０９】
また、電極４０の正極４０ａおよび負極４０ｂの少なくとも一方の活物質層６０が、厚さが１５０〜１５００μｍである。電極４０の膜厚を厚くすることによって、集電体５０やセパレータの相対的な割合を減少させることができ、エネルギー密度を向上させることができる。また、このような膜厚の厚い電極４０は、柔らかく変形しやすいため、ローラによって電極の表面を押圧して電極４０中のガスを排出させる場合に比べて、電極４０の変形を抑制しながら、効果的に電極４０内のガスを排出させることにより二次電池１０の性能特性を向上させることができる。
【０１１０】
本発明の実施形態に係る二次電池１０の製造装置１００は、弾性体１１０と、弾性体１１０を配置した外装体８０を挟持する挟持部１２０と、外装体８０の一の端部８１に対して反対側の他の端部８２よりも上側に開口部８１ｈを位置させる状態に、アセンブリ９０を保持する保持部１３０と、アセンブリ９０の雰囲気を減圧可能な減圧部１４０と、第１板状部材１２１と、第２板状部材１２２と、減圧部１４０の作動を制御する制御部１６０と、を有する。制御部１６０は、アセンブリ９０の雰囲気を減圧するように減圧部１４０の作動を制御しつつ、第１板状部材１２１と第２板状部材１２２との作動を制御して、開口部８１ｈが位置する端部と反対側の外装体８０の端部から開口部８１ｈへ向かって、第１板状部材１２１と第２板状部材１２２との間隔を狭める。
【０１１１】
このように構成した二次電池１０の製造装置１００によれば、他の端部８２から一の端部８１へ向かって第１板状部材１２１と第２板状部材１２２との間隔を狭めることによって、電極４０内のガスを開口部８１ｈへ向かって押し出す方向に押圧力Ｆ１を付与することができる。また、弾性体１１０を介して押圧することによって、電極４０に対して押圧力Ｆ１がかかる面積が増えるため、より均一に全体を押圧することができ、電極４０の変形を抑制することができる。さらに、アセンブリ９０を傾斜させることによって電極４０内のガスに開口部８１ｈへ向かう上方向の浮力Ｆ２が働く。ガスが開口部８１ｈへ向かう方向に押圧力Ｆ１と浮力Ｆ２を同時にかけることにより、電極４０内のガスを効率的に排出することができる。
【０１１２】
また、保持部１３０は、水平面に対する傾斜角θが２０〜７０度となるようにアセンブリ９０を傾斜させる。これにより、外部から働く押圧力Ｆ１と傾斜させた状態における上方向の浮力Ｆ２が協働して効果的に働くため、電極４０内のガスをより効率的に排出することができる。
【０１１３】
また、弾性体１１０は、独立気泡構造のスポンジによって形成される。これにより、独立気泡構造のスポンジである弾性体１１０を介して、アセンブリ９０を押圧することによって、外装体８０表面の多少の凹凸にかかわらずに、面方向にほぼ均一に電極４０に押圧力Ｆ１をかけることができる。
【０１１４】
外装体８０の一部を切断して孔部８５ｈを形成する切断部１５０をさらに有する。これにより、初期充電後に切断部１５０によって外装体８０にガスを抜くための孔部８５ｈを形成することができる。初期充電によって新たに発生するガスを排出させることができるため、二次電池１０の性能特性を向上させることができる。
【０１１５】
また、電極４０の正極４０ａおよび負極４０ｂの少なくとも一方の活物質層６０が、厚さが１５０〜１５００μｍである。電極４０の膜厚を厚くすることによって、集電体５０やセパレータの相対的な割合を減少させることができ、エネルギー密度を向上させることができる。このような膜厚の厚い電極４０は、製造時にその内部にガスが溜まりやすいため、本発明の実施形態に係る製造装置１００によって効果的にガスを排出させることにより二次電池１０の性能特性を向上させることができる。
【０１１６】
（変形例）
図１０は、実施形態の変形例に係る製造装置２００は、挟持部２２０および減圧部２４０の構成が前述した実施形態と異なり、他の構成は前述した実施形態と実質的に同様である。以下、前述した実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１１７】
挟持部２２０は、前述した実施形態と同様に、弾性体１１０を配置したアセンブリ９０を挟持する第１板状部材２２１および第２板状部材２２２を有する。図１０（Ａ）に示すように、挟持部２２０は、第１板状部材２２１および第２板状部材２２２の端部２２１ａ、２２２ａを所定の間隔ｄ０に維持する維持部材２２３と、第１板状部材２２１の端部２２１ａを中心として回動可能に設けられた蝶番２２４とを有する。また、第１板状部材２２１および第２板状部材２２２の端部２２１ｂ、２２２ｂの間隔が最小になるときの長さが維持部材２２３と同じ間隔ｄ０となるように制限するストッパー２２５をさらに有する。
【０１１８】
減圧部２４０は、前述した実施形態における真空容器１４１の代わりとなる袋状の真空バッグ２４１と、真空バッグ２４１内の空気を吸引して減圧する真空ポンプ２４２とを有する。図１０（Ａ）に示すように、真空バッグ２４１は、弾性体１１０、第１板状部材２２１および第２板状部材２２２の全体を覆って密閉状態にする。
【０１１９】
図７に示す減圧工程（ステップＳ５）において、真空バッグ２４１内を減圧することで真空バッグ２４１が収縮する。図１０（Ｂ）に示すように、真空バッグ２４１の内側を第１板状部材２２１および第２板状部材２２２の外面に密着させる。このとき、真空バッグ２４１周りには大気圧Ｐ０がかかるため、第１板状部材２２１および第２板状部材２２２に対して外側から圧迫力Ｆ３が付与される。これにより、第１板状部材２２１は、この圧迫力Ｆ３によって蝶番２２４周りを回動する。
【０１２０】
第１板状部材２２１が蝶番２２４周りを回動することによって、第１板状部材２２１と第２板状部材２２２との間隔が徐々に狭まる。第１板状部材２２１と第２板状部材２２２との間隔が最も狭まった状態において、第１板状部材２２１および第２板状部材２２２の端部２２１ｂ、２２２ｂの間隔は、ストッパー２２５によって間隔ｄ０となるように制限される。第１板状部材２２１および第２板状部材２２２の端部２２１ａ、２２２ａの間隔は、維持部材２２３によって間隔ｄ０に維持されているため、第１板状部材２２１および第２板状部材２２２の間隔が一定になる。これにより、アセンブリ９０は、均一な厚さに押圧される。このように、減圧工程（ステップＳ５）を実施することによって挟持部２２０によるアセンブリ９０の押圧工程（ステップＳ６）が同時に実施される。
【０１２１】
変形例に係る二次電池１０の製造方法によれば、第１板状部材２２１、第２板状部材２２２および弾性体１１０を配置したアセンブリ９０を、真空バッグ２４１によって覆い、真空バッグ２４１の内部を減圧することによってアセンブリ９０の雰囲気を減圧する。真空バッグ２４１の内部が減圧されることによって外部から大気圧Ｐ０による圧迫力Ｆ３がかかる。この圧迫力Ｆ３によって第１板状部材１２１と第２板状部材１２２との間隔を狭める方向に押圧されて間隔が徐々に狭まる。これにより、真空バッグ２４１の内部を減圧することによって減圧工程（ステップＳ５）およびアセンブリ９０の押圧工程（ステップＳ６）の動作を一度に行うことができるため作業効率が高くなる。また、減圧を行いながらアセンブリ９０を押圧するという動作を同時に行うことができるため、電極４０内のガスをより一層排出しやすくなる。
【０１２２】
変形例に係る二次電池１０の製造装置２００によれば、減圧部２４０は、袋状の真空バッグ２４１を有する。制御部１６０は、減圧部２４０の作動を制御して真空バッグ２４１の内部を減圧する。真空バッグ２４１の内部が減圧されることによって外部から大気圧Ｐ０による圧迫力Ｆ３がかかる。この圧迫力Ｆ３によって第１板状部材１２１と第２板状部材１２２との間隔を狭める方向に押圧されて間隔が狭まる。これにより、真空バッグ２４１の内部を減圧することによって減圧工程（ステップＳ５）およびアセンブリ９０の押圧工程（ステップＳ６）の動作を一度に行うことができるため作業効率が高くなる。また、減圧を行いながらアセンブリ９０を押圧するという動作を同時に行うことができるため、電極４０内のガスをより一層排出しやすくなる。
【０１２３】
以上、実施形態および変形例を通じて二次電池およびその製造方法を説明したが、本発明は実施形態において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。
【０１２４】
例えば、二次電池の製造装置は、第１板状部材と第２板状部材との間隔を調整可能な調整部を備える挟持部と、真空バッグを備える減圧部と、を有する構成であってもよい。これにより、挟持部によってアセンブリに対する押圧力を調整可能になるとともに、真空バッグによってアセンブリにさらに圧迫力を付与することができる。これにより、さらに効果的に電極内のガスの排出が行える。
【０１２５】
また、並列積層型の二次電池を例に挙げて本発明の実施形態を説明したが、本発明が適用可能な非水電解質電池の種類は特に制限されず、発電要素において単電池層が直列接続されてなる形式のいわゆる直列積層型電池などの従来公知の任意の二次電池に適用可能である。
【０１２６】
また、二次電池の製造装置において、弾性体は、アセンブリの一方の面に設けられるとしたが、アセンブリを挟持するように他方の面にさらに弾性体を設けてもよい。
【実施例】
【０１２７】
以下、実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに何ら限定されるわけではない。また、実施例では、発明の効果を検証するために単電池を用いて実験を行った。前述した実施形態において、開口部は外装体に設けられるとして説明した。実施例においては、本発明の効果を検証するため、各電極周りに隙間を隔ててシール部材を塗布することによって、当該隙間に開口部を形成した。なお、「部」は特に断りのない限り、「質量部」を意味する。
【０１２８】
〈樹脂集電体の作製〉
二軸押出機にて、ポリプロピレン（ＰＰ）（商品名「サンアロマー（登録商標）ＰＬ５００Ａ」、サンアロマー株式会社製）７５質量％、アセチレンブラック（ＡＢ）（商品名「デンカブラック（登録商標）ＮＨ−１００」、電気化学工業株式会社製）、２０質量％、および分散剤（商品名「ユーメックス（登録商標）１００１」、三洋化成工業株式会社製）５質量％を、１８０℃、１００ｒｐｍ、滞留時間１０分の条件で溶融混練し樹脂集電体用材料を得た。得られた樹脂集電体用材料を、熱プレス機により圧延することで、厚さ１００μｍの樹脂集電体（「２０％ＡＢ−ＰＰ」とも称する）を得た。
【０１２９】
〈被覆用樹脂溶液の作製〉
撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した４つ口フラスコに、酢酸エチル８３部とメタノール１７部とを仕込み６８℃に昇温した。
【０１３０】
次いで、メタクリル酸２４２．８部、メチルメタクリレート９７．１部、２−エチルヘキシルメタクリレート２４２．８部、酢酸エチル５２．１部およびメタノール１０．７部を配合したモノマー配合液と、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）０．２６３部を酢酸エチル３４．２部に溶解した開始剤溶液とを４つ口フラスコ内に窒素を吹き込みながら、撹拌下、滴下ロートで４時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）０．５８３部を酢酸エチル２６部に溶解した開始剤溶液を、滴下ロートを用いて２時間かけて連続的に追加した。さらに、沸点で重合を４時間継続した。溶媒を除去し、樹脂５８２部を得た後、イソプロパノールを１，３６０部加えて、樹脂濃度３０重量％のビニル樹脂からなる被覆用樹脂溶液を得た。
【０１３１】
〈被覆正極活物質粒子の作製〉
ＬｉＣｏＯ２粉末（日本化学工業（株）製  セルシードＣ−８Ｇ）９６重量部を万能混合機に入れ、室温（２５℃）、１５０ｒｐｍで撹拌した状態で、被覆用樹脂溶液（樹脂固形分濃度３０重量％）を樹脂固形分として２重量部になるように６０分かけて滴下混合し、さらに３０分撹拌した。
【０１３２】
次いで、撹拌した状態でアセチレンブラック［電気化学工業（株）製  デンカブラック（登録商標）］２重量部を３回に分けて混合し、３０分撹拌したままで７０℃に昇温し、１００ｍｍＨｇまで減圧し３０分保持した。上記操作により被覆正極活物質を得た。
【０１３３】
〈被覆負極活物質粒子の作製〉
同様にしてハードカーボン（ＨＣ）微粒子（クレハケミカル製）８４部に、アセチレンブラック１２部を被覆用樹脂（４部）溶液を用いてコートしたものを得た。
【０１３４】
＜正極の作製＞
炭素繊維（大阪ガスケミカル（株）製  ドナカーボ・ミルド  Ｓ−２４３：平均繊維長５００μｍ、平均繊維径１３μｍ：電気伝導度２００ｍＳ／ｃｍ）を導電部材として準備した。
【０１３５】
上記炭素繊維１．７５重量部および被覆正極活物質粒子９８．２５重量部を１．０Ｍ  ＬｉＰＦ６をエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶媒（体積比３：７）に溶解した溶液に混合して、スラリーを作製した。上記樹脂集電体上に、電極の形状のマスクを置いて、スキージ法で、電極を塗布した。
【０１３６】
〈負極の作製〉
炭素繊維（大阪ガスケミカル（株）製  ドナカーボ・ミルド  Ｓ−２４３：平均繊維長５００μｍ、平均繊維径１３μｍ：電気伝導度２００ｍＳ／ｃｍ）を導電部材として準備した。
【０１３７】
上記炭素繊維１．７５重量部及び被覆負極活物質粒子９８．２５重量部を１．０Ｍ  ＬｉＰＦ６をエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶媒（体積比３：７）に溶解した溶液に混合して、スラリーを作製した。上記樹脂集電体上に、電極の形状のマスクを置いて、スキージ法で、電極を塗布した。
【０１３８】
＜電池の作製＞
［実施例１］
上記で作製した負極の面上に、ポリプロピレンの多孔質膜を置き、１辺を除く３辺の周縁にあらかじめプライマーを塗っておき、そこにエポキシ系の接着剤を塗布しておく。対向する正極の部分にも１辺を除く３辺の周縁にあらかじめプライマーおよび接着剤を塗布しておく。接着剤を塗っていない部分は、前述した実施形態における開口部として機能する。当該開口部は、減圧ガス抜き後ヒートシールできる構造とした。
【０１３９】
本実施例では、図１０に示した二次電池の製造装置を用いる。上記で作製した正極上にアラミドセパレーターを被せて、上下反転して、所定量の電解液を注入した負極の上に滑らせて重ねて単電池を形成した。当該単電池の一方の面にスポンジ（弾性体）を介して、全体をフェノール樹脂板（板状部材）によって挟持して組立体を形成した。当該組立体を単電池の開口部が上方に位置するように、傾斜角を３０度として水平面から傾斜させて固定した。次に、真空バッグで全体を覆い、減圧して、板状部材が十分閉じた段階で、開口部をヒートシールした。
【０１４０】
［実施例２］
実施例１で傾斜角を４０度にした以外は、同様にして単電池を作製した。
【０１４１】
［実施例３］
実施例１で傾斜角を２０度にした以外は、同様にして単電池を作製した。
【０１４２】
［実施例４］
実施例１で傾斜角を７０度にした以外は、同様にして単電池を作製した。
【０１４３】
［実施例５］
実施例１で傾斜角を９０度にした以外は、同様にして単電池を作製した。
【０１４４】
［比較例１］
実施例１で、真空バッグを真空容器にして、フェノール樹脂板、スポンジをなくして傾斜角を０（ゼロ）度にして同様にして単電池を作製した。
【０１４５】
［比較例２］
実施例１で傾斜角を０度にした以外は実施例１と同様にして単電池を作製した。
【０１４６】
＜結果＞
実施例１〜５、および比較例１、２によって製造した二次電池について、０．１ＣのＣＣ−ＣＶにて１５時間充電し、０．１Ｃで放電して、そのときの放電容量を、実施例１を１００として結果を表１にまとめた。
【０１４７】
相対放電容量が９０％より大きい場合、すなわち、実施例１に対して相対放電容量の低下が１０％未満であれば実用上問題のない性能が得られる。表からわかるように、弾性体および板状部材によって単電池を挟持して、傾斜角２０〜９０度に保持すると、電極内のガスが排出されて相対放電容量が９０％より大きな単電池を製造できることが分かった。また、傾斜角９０度に比べて、傾斜角２０〜７０度とすると相対放電容量さらに大きな単電池を製造できることが分かった。つまり、傾斜角２０〜９０度に保持した二次電池は、実用上問題のない性能が得られる。さらに、傾斜角２０〜７０度に保持した二次電池は、より高い性能が得られることが分かった。
【０１４８】
【表１】
0006598245.tif 000002
【符号の説明】
【０１４９】
１０    二次電池、
２０    発電要素、
３０    単電池層、
４０    電極、
４０ａ  正極、
４０ｂ  負極、
５０    集電体、
６０    活物質層、
７０    電解質層、
８０    外装体、
８１    一の端部、
８１ｈ  開口部、
８２、８３、８４  他の端部、
８５ｈ  孔部、
９０    アセンブリ、
９１    サブアセンブリ、
１００  製造装置、
１１０  弾性体、
１２０、２２０  挟持部、
１２１、２２１  第１板状部材、
１２２、２２２  第２板状部材、
１３０  保持部、
１４０  減圧部、
１４１  真空バッグ、
２４１  真空容器、
１５０  切断部、
１６０  制御部、
Ｆ１    押圧力。
【図１】
0006598245.tif 000003
【図２】
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【図３】
0006598245.tif 000005
【図４】
0006598245.tif 000006
【図５】
0006598245.tif 000007
【図６】
0006598245.tif 000008
【図７】
0006598245.tif 000009
【図８】
0006598245.tif 000010
【図９】
0006598245.tif 000011
【図１０】
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