(57)【要約】  正極引出し端子３と負極引出し端子４とが積層体１８の同じ辺に位置するように、正極電極と負極電極とをセパレータを介して交互に積層し、積層体１８を形成し、２枚のラミネートフィルムで積層体１８を挟んで、正極引出し端子３と負極引出し端子４とが水平方向を向いているときに鉛直上方となる位置に開口３１となる部分を残して、２枚のラミネートフィルムを融着して、ラミネートフィルムからなる容器１１に積層体１８を収容する。そして、正極引出し端子３と負極引出し端子４とが水平方向を向くように容器１１を配置し、開口３１から所定量の電解液３２を注入し、容器１１の外部から圧力を加えて、または、少なくとも容器１１の内部を減圧して、電解液３２の液面を複数段階に分けて上昇させることで積層体に電解液を含浸させて、容器１１の開口３１を融着して封止する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極電極の正極引出し端子と負極電極の負極引出し端子とが、前記正極電極と前記負極電極とがセパレータを挟んで交互に積層される積層体の同じ辺に位置し、かつ重ならないように、前記正極電極と前記負極電極とを前記セパレータを介して交互に積層し、前記積層体を形成する工程と、
ラミネートフィルムで前記積層体を挟んで、前記正極引出し端子と前記負極引出し端子とが水平方向を向いているときに鉛直上方となる位置に開口となる部分を少なくとも残して、前記ラミネートフィルムを融着して、前記ラミネートフィルムからなる容器に前記積層体を収容する工程と、
前記正極引出し端子と前記負極引出し端子とが水平方向を向くように前記容器を配置し、前記開口から所定量の電解液を注入する工程と、
前記容器の外部から圧力を加えて、または、少なくとも前記容器の内部を減圧して、前記電解液の液面を複数段階に分けて上昇させることで前記積層体に前記電解液を含浸させる工程と、
前記容器の前記開口を融着して封止する工程と、を含む、ラミネート型電池の製造方法。
【請求項２】
前記電解液の前記液面を上昇させて前記電解液を含浸させる工程では、前記電解液の前記液面を３段階に分けて上昇させる、請求項１に記載のラミネート型二次電池の製造方法。
【請求項３】
前記３段階は、
前記正極引出し端子と前記負極引出し端子のうち鉛直方向の下方に位置する引出し端子を超えない位置まで前記電解液の前記液面を上昇させる第１段階と、
前記正極引出し端子と前記負極引出し端子との間の位置まで前記電解液の前記液面を上昇させる第２段階と、
鉛直方向の上方に位置する引出し端子を超える位置まで前記電解液の前記液面を上昇させる第３段階と、からなる、請求項２に記載のラミネート型二次電池の製造方法。
【請求項４】
前記容器を挟み込むことで前記容器を加圧する、請求項１から３のいずれか１項に記載のラミネート型二次電池の製造方法。
【請求項５】
前記開口を介して前記容器の内部を減圧する、請求項１から３のいずれか１項に記載のラミネート型二次電池の製造方法。
【請求項６】
前記容器をチャンバー内に配置して、前記チャンバーを減圧する、請求項１から３のいずれか１項に記載のラミネート型二次電池の製造方法。
【請求項７】
前記電解液の前記液面を上昇させて前記電解液を含浸させる工程において、前記液面を上昇させる段階の前に前記電解液を加え、前記電解液の量を調節する、請求項１から６のいずれか１項に記載のラミネート型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、ラミネート型二次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリットカー、電気自動車、あるいは電動アシスト自転車などに、充電ができる二次電池が用いられている。【０００３】
二次電池には、金属箔の両面を絶縁性の樹脂層で覆った可とう性のラミネートフィルムを外装容器として用いたフィルム外装型をしているものがある。ラミネート型二次電池では、複数の正極電極と複数の負極電極とをポリエチレンやポリプロピレンなどからなるセパレータを介して交互に積層して積層体が形成され、それぞれの電極の引出し端子が集電用の正極リードまたは負極リードに接続されている。そして、ラミネートフィルムで構成された容器の中に積層体が電解液とともに密封されている。【０００４】
ラミネート型二次電池では、正極リードと負極リードとがラミネートフィルムによって封止される同一の辺から導出される構成と、異なる２辺から導出される構成とがある。正極リードと負極リードとが同じ方向を向いているラミネート型二次電池の場合の製造工程は次のようになる。まず、積層体を形成し、正極リードと負極リードとが導出するように、１枚、あるいは２枚のラミネートフィルムで積層体を包んで熱融着する。ただし、電解液は、積層体の、引出し端子が位置しない辺側から注入される。そのため、２つのリードが水平方向を向いた状態で鉛直上方に電解液注入用の開口が形成されるように、ラミネートフィルムの一部を熱融着しない。そして、２つのリードが水平方向を向いた状態で電解液注入用の開口からラミネートフィルムによって形成された容器内に所定量の電解液を注入する。そして、容器の電解液注入用の開口も熱融着によって塞ぐ。【０００５】
図１Ａ〜図１Ｃに関連技術の一例のラミネート型電池の課題を説明する概略図を示す。図１Ａは、図１Ｃに示すラミネート型二次電子のＸ部を電解液注入用の開口側から見た概略図であり、引出し端子１１５の様子を示している。図１Ｂは、電解液の含浸速度の違いを示す図である。図１Ｃは、ある時間経過後の電極とセパレータとの間の電解液の分布を示す写真である。黒い部分には電解液が含浸しており、白い部分には電解液が含浸していない。【０００６】
図１Ａに示すように、積層体１１８の、各電極の引出し端子１１５、１１６は正極または負極のリード１２０、１２１に接続するため、正極あるいは負極の引出し端子１１５、１１６同士の間はリード１２０、１２１に向かって小さくなる。つまり、引出し端子１１５、１１６によって、図１Ｂや図１ＣのＺ部における積層体１１８の端部が封止されたようになる。一方、正極の引出し端子１１５と負極の引出し端子１１６の間のＹ部における、各電極とセパレータとの間隔はほぼ一定である。以上のことから、積層体１１８に電解液を含浸させる場合、Ｚ部は電解液が含浸しにくいため、Ｙ部に電解液が集中し、Ｙ部はＺ部に比べて電解液が含浸しやすくなる。したがって、図１Ｂの矢印で示すように、Ｙ部とＺ部とでは積層体１１８内への電解液の含浸速度が異なる。実際、図１Ｃの写真で示すように、Ｙ部とＺ部とに均等に積層体１１８に電解液が含浸していない。そのため、ポリエチレンやポリプロピレンなどからなるセパレータにはしわが生じやすい。セパレータのしわは、電極間の距離を変化させ、ラミネート型二次電池の電気容量の劣化などの電気的特性の低下を引き起こす。【０００７】
そこで、特許文献１では、電解液をラミネートフィルムからなる容器内に注入するときに、点滴注入、つまり、少量の電解液を複数回にわけて容器内に注入する。このように電解液を少しずつ注入することで、一部分に電解液が集中することを防ぎ、それにより、均等に電解液が積層体に含浸するので、セパレータのしわの発生を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１４６６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の特許文献１の方法の場合、少量の電解液を複数回に分けてラミネートフィルムからなる容器内に注入するため、電解液の注入から含浸までに要する時間が長い。そのため、ラミネート型二次電池の量産化に課題が残る。【００１０】
本発明は、電解液の注入から含浸までに要する時間を短縮することが困難である、といった課題を解決する、ラミネート型二次電池の製造方法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】
【００１１】
本発明の、正極引出し端子を有する正極電極と負極引出し端子を有する負極電極とがセパレータを挟んで交互に積層されて形成される積層体を有するラミネート型二次電池の製造方法では、正極引出し端子と負極引出し端子とが積層体の同じ辺に位置し、かつ重ならないように、正極電極と負極電極とをセパレータを介して交互に積層し、積層体を形成する。そして、２枚のラミネートフィルムで積層体を挟んで、正極引出し端子と負極引出し端子とが水平方向を向いているときに鉛直上方となる位置に開口となる部分を少なくとも残して、２枚のラミネートフィルムを融着して、ラミネートフィルムからなる容器に積層体を収容する。正極引出し端子と負極引出し端子とが水平方向を向くように容器を配置し、開口から所定量の電解液を注入する。そして、容器の外部から圧力を加えて、または、少なくとも容器の内部を減圧して、電解液の液面を複数段階に分けて上昇させることで積層体に電解液を含浸させて、容器の開口を融着して封止する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電解液の注入と含浸に要する時間を短縮することができ、ラミネート型二次電池を量産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】関連技術の一例のラミネート型電池の課題を説明する図であり、図１Ｃに示すラミネート型二次電子のＸ部を電解液注入用の開口側から見た図である。
【図１Ｂ】関連技術の一例のラミネート型電池の課題を説明する図であり、電解液の含浸速度の違いを示す図である。
【図１Ｃ】関連技術の一例のラミネート型電池の課題を説明する図であり、ある時間経過後の電極とセパレータとの間の電解液の分布を示す写真である。
【図２Ａ】ラミネート型二次電池の一実施形態における正極電極の概略構成図である。
【図２Ｂ】ラミネート型二次電池の一実施形態におけるセパレータの概略構成図である。
【図２Ｃ】ラミネート型二次電池の一実施形態における負極電極の概略構成図である。
【図２Ｄ】ラミネート型二次電池の一実施形態の概略構成図である。
【図３】電解液を容器に注入する様子を示す概略図である。
【図４Ａ】液面の上昇工程の第１の段階を説明する概略図である。
【図４Ｂ】液面の上昇工程の第２の段階を説明する概略図である。
【図４Ｃ】液面の上昇工程の第３の段階を説明する概略図である。
【図５Ａ】容器を加圧する第１の方法を説明するための概略図であり、負極引出し端子を越えない高さの第１のスペーサを収容部材内に挿入した状態を示している。
【図５Ｂ】容器を加圧する第１の方法を説明するための概略図であり、引出し端子同士の間の高さの第２のスペーサを収容部材内に挿入し状態を示している。
【図５Ｃ】容器を加圧する第１の方法を説明するための概略図であり、正極引出し端子を超える高さの第３のスペーサを収容部材内に挿入した状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態の詳細について説明する。なお、同一の機能を有する構成には添付図面中、同一の番号を付与し、その説明を省略することがある。
【００１５】
図２Ａ〜図２Ｄは、ラミネート型二次電池の一実施形態の概略構成図であり、図２Ａは、正極電極、図２Ｂはセパレータ、図２Ｃは負極電極、図２Ｄはラミネート型二次電池である。
【００１６】
正極電極１３には正極引出し端子３が設けられ、負極電極１４には負極引出し端子４が設けられている。シート状のセパレータ５は、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの合成樹脂製の微多孔性フィルムが用いられる。
【００１７】
上述した正極電極１３と負極電極１４とがセパレータ１５を挟んで交互に積層されることで、積層体１８が構成されている。また、このとき、正極引出し端子３と負極引出し端子４とが同じ方向を向くように正極電極１３と負極電極１４とが積層される。つまり、積層体１８の同じ辺に正極引出し端子３と負極引出し端子４とが位置している。ただし、正極引出し端子３と負極引出し端子４とが重ならないようにする必要がある。なぜなら、正極電極１３の正極引出し端子３と負極電極１４の負極引出端子４とが接触し短絡すること防止するためである。
【００１８】
各正極電極１３の正極引出し端子３は正極リード２３に接続され、各負極電極１４の負極引出し端子４は負極リード２４に接続される。
【００１９】
積層体１８は、電解液と共に例えばアルミ箔などの金属箔の両面を樹脂層で覆った可とう性の１枚または２枚のラミネートフィルムで構成される容器１１内に密封されている。このとき、正極リード２３と負極リード２４は容器１１から導出している。以上のようにしてラミネート型二次電池２５は構成されている。なお、以降の説明では、２枚のラミネートフィルムを使用する例を説明する。
【００２０】
次に、ラミネート型二次電池２５の製造方法について説明する。まず、正極引出し端子３と負極引出し端子４とが同じ方向を向くように、正極電極１３と負極電極１４とを、セパレータ１５を介して所定の枚数だけ積層して、積層体１８を形成する。そして、各正極電極１３の正極引出し端子３を正極リード２３に接続し、各負極電極１４の負極引出し端子４を負極リード２４に接続する。
【００２１】
次に、積層体１８を２枚のラミネートフィルムで挟む。そして、２枚のラミネートフィルムを熱融着して、ラミネートフィルムからなる容器１１に積層体１８を収容する。ただし、正極リード２３と負極リード２４はラミネートフィルム、つまり容器１１から導出するようにする。また、正極リード２３と負極リード２４とが水平方向を向いているときに鉛直方向を向く部分に、電解液注入用の開口３１を設ける必要があるので、この部分は熱融着しない。
【００２２】
次に、図３に示すように、開口３１が鉛直上方を向くように、容器１１を配置し、開口３１から容器１１内に電解液３２を所定量注入する。
【００２３】
次に、容器１１を外部から加圧または容器１１内を減圧することで、容器１１内の電解液３２の液面を上昇させ、積層体１８に電解液を含浸させる。本願発明では、液面の上昇を複数回に分けて行う。図４Ａ〜図４Ｃに、液面の上昇工程を説明する概略図を示す。図４Ａが第１段階、図４Ｂが第２段階、図４Ｃが第３段階である。
【００２４】
まず第１段階では、電解液３２の液面を、鉛直方向で下方に位置する引出し端子、本実施形態では負極引出し端子４を超えない位置（第１の位置Ａ）まで上昇させる。第２段階では、電解液３２の液面を引出し端子３、４同士の間の位置（第２の位置Ｂ）まで上昇させる。第３段階では、電解液３２の液面を、鉛直方向で上方に位置する引出し端子、本実施形態では正極引出し端子３を超える位置（第３の位置Ｃ）まで上昇させる。このように、複数の段階に分けて、所定の時間を経過するごとに電解液３２の液面を上昇させることで、積層体１８の電解液３２が含浸しやすい部分（図１Ａと図１ＢのＹ部）と含浸しにくい部分（図１Ａと図１ＢのＺ部）とにわけて、積層体１８に電解液３２を含浸させることができる。つまり、第１の段階では、電解液３２が含浸しやすい引出し端子３、４同士の間には液面が達していないため、電解液の積層体１８への含浸はほぼ均一に行われる。第２の段階では、電解液３２が含浸しやすい引出し端子３、４同士の間に達するが、第１の段階ですでに電解液３２が含浸しにくい積層体１８の負極引出し端子４の部分に含浸しているため、含浸のしやすさに大きな違いは生じない。第３の段階では、第２の段階ですでに電解液３２が含浸しやすい積層体１８の引出し端子３、４同士の間を含浸しているため、含浸のしやすさに大きな違いは生じない。以上のことから、関連技術とは異なり、本願発明では特定の場所に電解液３２を集中しないため、積層体１８に電解液３２が均等に含浸するようになる。したがって、セパレータ１５に生じるしわを抑制することができる。
【００２５】
具体的に電解液３２の液面を上昇させる方法について説明する。電解液３２の液面を上昇させる第１の方法では、容器１１を挟むことで容器１１を加圧し、容器１１内の電解液３２の液面を上昇させる。図５Ａ〜図５Ｃに、容器１１を加圧する第１の方法を説明するための概略図を示す。例えば、容器１１を収容可能な収容部材４１とスペーサ４２とを有する加圧部材４３を用いる。まず、収容部材４１内に電解液３２が注入された容器１１を配置する。そして、図５Ａの例では負極引出し端子を越えない高さの第１のスペーサ４２ａを収容部材４１内に挿入し、収容部材４１と第１のスペーサ４２ａとで容器１１を挟み加圧することで、第１の位置Ａまで電解液３２の液面を上昇させる（図４Ａ及び図５Ａ）参照）。次に、第１のスペーサ４２ａに替えて、第１のスペーサ４２ａより大きい、図５Ｂの例では引出し端子３、４同士の間の高さの第２のスペーサ４２ｂを収容部材４１内に挿入し、収容部材４１と第２のスペーサ４２ｂとで容器１１を挟み加圧することで、第２の位置Ｂまで電解液３２の液面を上昇させる（図４Ｂ及び図５Ｂ参照）。次に、第２のスペーサ４２ｂに替えて第２のスペーサ４２ｂより大きい、図５Ｃの例では正極引出し端子３を超える高さの第３のスペーサ４２ｃを収容部材４１内に挿入し、収容部材４１と第３のスペーサ４２ｃとで容器１１を挟み加圧することで、第３の位置Ｃまで電解液３２の液面を上昇させる（図４Ｃ及び図５Ｃ参照）。
【００２６】
電解液３２の液面を上昇させる第２の方法では、開口３１を介してポンプなどで大気雰囲気中にある容器１１の内部を減圧することで、電解液３２を吸い上げ、液面を上昇させる。このとき、電解液３２の成分や、容器１１の大きさなどを考慮したうえで、容器１１の内部を３段階に分けて減圧することで、それぞれ第１位置Ａ、第２の位置Ｂ、第３の位置Ｃまで電解液３２の液面を上昇させることができる。
【００２７】
電解液３２の液面を上昇させる第３の方法では、電解液３２を注入した容器１１をチャンバーに配置し、チャンバー内を減圧することで、積層体１８内から空気を抜き、積層体内を負圧にする。そのため、電解液３２の液面が上昇する。チャンバー内の圧力は、電解液３２の成分や、容器１１の大きさ、あるいは積層体１８の大きさなどを考慮したうえで決定すればよい。
【００２８】
なお、電解液３２の液面を第１位置Ａから第３の位置Ｃまで段階的に変化させることができれば、いずれの手段であっても構わない。
【００２９】
上記の含浸の工程を経た後に、２枚のラミネートフィルムからなる容器１１の開口３１を、熱融着などで塞ぐ。
【００３０】
以上の工程を経て出来上がったラミネート型二次電池２５では、セパレータ１５のしわの発生が抑制されるため、電極間の距離が均一になり、電気容量の劣化などの電気的特性の低下を防止することができる。また、電解液３２を一度容器１１に注入するだけでよいので、関連技術の特許文献１に比べて電解液３２の注入から含浸までに要する時間を短くすることができる。そのため、本発明はラミネート型二次電池２５の量産化に寄与することができる。
【００３１】
また、１度で所定の電解液３２の量の全ても容器１１内に注入しなくてもよく、電解液３２の液面を第１位置Ａから第２の位置Ｂに上昇させる間、あるいは第２に位置Ｂから第３の位置Ｃに上昇させる間に、電解液３２を注入して、電解液３２の量を調整してもよい。
【００３２】
さらに、上記説明では３段階に分けて電解液３２の液面を上昇させたが、４段階以上に分けて電解液３２の液面を上昇させても構わない。
【００３３】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００３４】
この出願は、２０１３年７月３１日に出願された日本出願特願２０１３−１５９３７４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００３５】
３  正極引出し端子
４  負極引出し端子
１１  容器
１３  正極電極
１４  負極電極
１５  セパレータ
１８  積層体
２５  ラミネート型二次電池
３１  開口
３２  電解液
【図１Ａ】
2015016032.tif 000003
【図１Ｂ】
2015016032.tif 000004
【図１Ｃ】
2015016032.tif 000005
【図２Ａ】
2015016032.tif 000006
【図２Ｂ】
2015016032.tif 000007
【図２Ｃ】
2015016032.tif 000008
【図２Ｄ】
2015016032.tif 000009
【図３】
2015016032.tif 000010
【図４Ａ】
2015016032.tif 000011
【図４Ｂ】
2015016032.tif 000012
【図４Ｃ】
2015016032.tif 000013
【図５Ａ】
2015016032.tif 000014
【図５Ｂ】
2015016032.tif 000015
【図５Ｃ】
2015016032.tif 000016
【国際調査報告】
2015016032.tif 000017
2015016032.tif 000018
2015016032.tif 000019
2015016032.tif 000020