(57)【要約】【課題】電池の製造工程における初期充電で発生するガスを効率よく外装体外部に放出するとともに、使用する積層体面積を最小限に抑えた効率的な電池の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】外装体の一部に開口部５ｃを設けて電池本体２を封入する第１工程と、開口部５ｃを仮閉口する第２工程と、電池本体２の初期充電を行う第３工程と、開口部５ｃを封止する第４工程とを備える電池の製造工程において、第２工程で開口部５ｃを外装体外部からクリップ６で挟持して仮閉口した。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装体の一部に開口部を設けて電池本体を封入する第１工程と、
前記開口部を仮閉口する第２工程と、
前記電池本体の初期充電を行う第３工程と、
前記開口部を封止する第４工程とを備える電池の製造工程において、
前記第２工程は、前記開口部を前記外装体の外部からクリップで挟持して仮閉口することを特徴とする電池の製造方法。
【請求項２】
前記クリップは弾性体の反発力又は収縮力を利用して前記外装体を挟持することを特徴とする請求項１に記載の電池の製造方法。
【請求項３】
前記外装体外部を挟持する前記クリップの挟持部に樹脂層を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池とは、リチウム二次電池ともいわれ、液状、ゲル状および高分子ポリマー状の電解質を持ち、正極・負極活物質が高分子ポリマーからなるものを含むものである。
【０００３】
このリチウムイオン電池の外装体には、近年、形状の自由度が高い積層体からなる外装体を用いる傾向にあり、積層体の材質構成は、少なくとも基材層、バリア層、ヒートシール層と前記各層を接着する接着層である。具体的な例としては、積層体の少なくとも片面をプレス成形して電池収納部を形成してそこに電池本体を収納し、周縁の必要部分をヒートシールしてリチウムイオン電池となる。
【０００４】
このとき電池本体とは、正極活物質及び正極集電体から成る正極と、負極活物質及び負極集電体から成る負極と、正極及び負極間に充填される電解質とを含むセル（蓄電部）と、セル内の正極及び負極に連結されるとともに先端が外装体の外部に突出する金属端子から構成されており、充電時には正極活物質であるリチウム遷移金属酸化物中のリチウム原子（Ｌｉ）がリチウムイオン（Ｌｉ+）となって負極の炭素層間に入り込み（インターカレーション）、放電時にはリチウムイオン（Ｌｉ+）が炭素層間から離脱（デインターカレーション）して正極に移動し、元のリチウム化合物となることにより充放電反応が進行する。
【０００５】
しかし、この充放電反応において、水素や酸素等のガスが発生するため、外装体内部に電池本体を密封収納したとき、外装体内部のガス圧が上昇し膨張する可能性がある。特に初期充電において、ガスの発生量が多いため、電池本体を外装体に密封収納した後、初期充電を行うと、外装体内部で大量のガスが発生し、場合によってはリチウムイオン電池が破裂する可能性がある。したがって、少なくとも初期充電時に発生する多量のガスを外装体外部へ放出した後、電池本体を密封しなければならない。
【０００６】
また、初期充電を外装体が開口した状態で行なうと、発生するガスとともに電解質が噴出したり、外装体外部から内部に水蒸気が浸入する可能性がある。このため、外装体内部の密封性をある程度保ちながら初期充電を行う必要がある。
【０００７】
従来、この問題を解決するために、外装体の一部に電池本体の収納空間とあわせてガスを貯める予備空間を設ける方法が提案されていた（特許文献１参照）。この方法によると、外装体に電池本体を密封収納し、初期充電を行うため、電解質の噴出等の問題はなく、発生するガスも前記予備空間に貯まり、初期充電時、外装体の破裂を防ぐことができた。
【０００８】
しかし、この予備空間は電池製造工程においてのみ必要な空間であり、初期充電後、リチウムイオン電池から切り離して捨てるものであるため、この部分に無駄なコストがかり効率が悪かった。また、この予備空間となる部分が積層体のプレス成形性を低下させるという問題もあった。
【特許文献１】特許第３７１７６３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は上記方法を改良し、電池の製造工程における初期充電で発生するガスを効率よく外装体外部に放出するとともに、使用する積層体面積を最小限に抑え、効率的な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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、外装体の一部に開口部を設けて電池本体を封入する第１工程と、前記開口部を仮閉口する第２工程と、前記電池本体の初期充電を行う第３工程と、前記開口部を封止する第４工程とを備える電池の製造工程において、前記第２工程は、前記開口部を外装体外部からクリップで挟持して仮閉口することを特徴とする電池の製造方法である。
【００１１】
また本発明は、上記電池の製造方法において、前記クリップは弾性体の反発力又は収縮力を利用して前記外装体を挟持することを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、上記電池の製造方法において、前記外装体外部を挟持する前記クリップの挟持部に樹脂層を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の第１の構成によると、外装体の収納空間に一部開口部を設けて電池本体を封入し、その開口部を外装体外部からクリップで挟持して仮閉口することで、外装体内部は一定の密封性が確保され、外装体外部からの水蒸気の浸入を防ぐことができる。また、初期充電においてガスが発生し、外装体内部のガス圧が上昇したとき、クリップで挟持された開口部は完全に封止されているわけではなく、物理的な力で閉口されているため、ガスが開口部から外装体外部へ徐々に放出される。そして、初期充電によるガスの発生が終了した後、開口部を完全に封止することで電池が完成する。
【００１４】
したがって、本発明に係る電池の製造方法においては、従来例で示したようなガスを貯める予備空間を外装体に形成する必要がないため、積層体フィルムの使用面積を抑えることができる。また、これによりプレスする積層体フィルムの全体の面積が小さくなり、安定してプレス成形することができる。
【００１５】
本発明の第２の構成によると、上記電池の製造工程で用いるクリップが弾性体の反発力又は収縮力を利用して外装体外部を挟持するものであることにより、外装体内部の密封性が十分確保されるとともに内圧が上昇したとき、この内圧でクリップの押圧に抗して開口部が開く。また、ガスが外部に放出され外装体の内圧が低下した時、再び弾性体の反発力又は収縮力によりクリップの押圧が内圧を上回り、開口部が閉口され密封性が確保される。これにより、ガスの放出がより効率的に行なわれる。
【００１６】
本発明の第３の構成によると、クリップの係止部分に樹脂層を設けることにより被挟持物である外装体外部を安定的に挟持することができ、開口部の閉口効果も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本方法の実施形態を図面を参照して説明する。図１は電池の製造方法における一般的な製造工程を模式的に示す図である。まず、フィルムカットした積層体５をプレス成形し、電池本体の収納空間５ａを確保する（図１（ａ）参照）。次に、積層体５を半折りにし収納空間５ａに収納した電池本体２を閉蓋する（図１（ｂ）参照）。次に折り返した積層体５の２辺をシールし（図１（ｃ））、袋状になった積層体の開口部５ｃから電解質を注入する（図２（ａ）参照）。
【００１８】
次に、開口部５ｃをクリップ６を用い一定圧力で挟持し、開口部５ｃを仮閉口した後、初期充電を行う（図２（ｂ）参照）。初期充電は約４分間行い、その後、ガスの発生が収まるまで一定温度下で一定時間静置する。このとき、開口部５ｃはクリップ６で挟持し物理的に閉口しただけで、密封シールされていないため、積層体内部でガスが発生し、外装体の内圧が上昇したときクリップ６の押圧に抗し開口部からガスが放出される。これにより、外装体内部のガス圧が急激に上昇することなく、初期充電で発生したガスを効率よく排出することができる。
【００１９】
次に、初期充電が終わった後、開口部５ｃをヒートシールし外装体内部を密封した後、クリップ６で挟持していた部分近傍をカットし（図２（ｃ）参照）、リチウムイオン電池１が完成する。
【００２０】
次に各電池製造工程についてより詳細に説明する。外装体の収納空間５ａに一部開口部を設けて電池本体を封入する第１工程は、フィルムカットした積層体５をプレス成形するプレス工程、積層体５に電池本体２を収納する収納工程、電池本体２を収納した収納部周縁部５ｂを一部開口部５ｃを残しヒートシールするシール工程、電解質を開口部ｃより注入する電解質注入工程に分けることができる。なお、これらの工程はそれぞれ、図１の（ａ）〜（ｃ）及び図２（ａ）に相当する。
【００２１】
プレス工程は、エンボスタイプの外装体を使用する場合に行なわれる。図３はエンボスタイプのプレス成形に用いるオス型７、メス型８のプレス機の構造を示すものである。図３（ａ）はプレス前の積層体５の斜視図、図３（ｂ）、（ｃ）はプレス後、トレイ状に成形された積層体５の斜視図である。ここで、積層体は少なくとも金属層、熱接着性樹脂層、ナイロン等の基材層が接着剤等を用いて積層されており、プレス時、電池本体の収納部５ａは収納部周縁５ｂの積層体を引き込みながら形成される。
【００２２】
例えば、図３（ｂ）に示すように収納部５ａを積層体５の中央部付近に設けることで、プレス時、収納部周縁５ｂが均等に引き込まれ、皺等が発生し難い。一方、図３（ｃ）に示すように、収納部５ａが積層体５の中央部付近に設けられていない場合、プレス時、収納部周縁５ｂを均等に引き込めず、皺や歪みが発生する場合がある。
【００２３】
ここで、本発明に係る電池の製造方法においては、従来例で示したような予備空間を設ける必要がないため、余分な部分をカットし必要最小限の積層体５をプレス成形することができるため安定したプレス成形性を得ることができる。なお、図１で示した積層体５は１枚の積層体５を折り返し、電池本体２を収納するタイプの外装体であるが、図３で示した積層体５はプレス成型によりトレイ状に成形した積層体に電池本体２を収納し、上からシート状の別の積層体５を被せるタイプの外装体である。しかし、いずれのタイプの外装体においても、本発明に係る製造工程で使用する積層体５は従来例で示した予備空間を設けた積層体５より使用面積が少なく成形性に優れる。
【００２４】
また、本発明に係る電池の製造方法においては、パウチタイプの外装体を用いることも可能である。パウチタイプの外装体は図４に示すように袋状に形成された積層体５に電池本体２を収納するだけで、プレス成形する必要はない。
【００２５】
次に電池本体２の収納工程について説明する。上記いずれのタイプの外装体においても、電池本体２を外装体に収納しシールする際、電池本体２の正極及び負極の各々に接続された金属端子４を外部に突出させるとともに積層体５で金属端子４を挟持した状態で熱接着することにより密封する必要がある。このために、積層体５の内層を金属と良好な接着性を有する熱接着性樹脂、例えば、不飽和カルボン酸でグラフト変性した酸変性オレフィン樹脂を用いて熱接着して密封する、あるいは、前記内層を金属との接着性に劣る一般的なオレフィン系樹脂を用い、金属と良好な接着性を有する上記した酸変性オレフィン樹脂からなる金属端子部密封用接着性フィルムを金属端子４と内層との間に介在させて熱接着して密封する方法が一般的にとられている。
【００２６】
次に収納部周縁５ｂをシールするシール工程について説明する。本工程においては、折り返しタイプの外装体を用いた場合、２辺をシールすることにより、１辺に開口部５ｃを有する外装体が得られ（図１（ｃ）参照）、トレイ状とシート状の積層体フィルムを用いるタイプの外装体を用いた場合、３辺をシールすることで１辺に開口部５ｃを設けることができる。また、パウチタイプの外装体を用いた場合、電池本体２を収納する開口部５ｃが一つあるのみであるため、金属端子４近傍をシールし、一部に開口部を設ければよい。したがって、開口部５ｃは１辺全体に設ける必要はなく、図５に示すように電解質の注入口及びガスの放出口として必要最小限の大きさがあればよい。
【００２７】
次に、電解質注入工程について説明する。リチウムイオン電池１に用いる電解質としてはＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、及びこれらの複合体からなるリチウム含有複合酸化物を開口部から注入する。また、リチウムイオン電池以外の電池にも本製造方法を用いることができるため、電解質もその都度調製する必要がある。また、電解質は必ずしも液体である必要はなく、開口部５ｃからの噴出しを防止するため、ゲル状のものを用いてもよい。
【００２８】
次に開口部５ｃを仮閉口する第２工程について説明する。なお、この工程は図２（ｂ）で示した工程に相当する。図６は電池本体２を収納した外装体の断面図であり、クリップ６を用いて開口部５ｃを挟持する方法を具体的に示している。クリップ６はバネ６ｂの反発力を利用して所定の挟持圧で開口部５ｃを仮閉口している。電解質を注入した後、開口部５ｃ近傍をクリップ６で挟持して仮閉口することで、外装体内部の密封性を確保し、外装体外部から水蒸気の浸入を防ぐことができる。また、初期充電においてガスが外装体内部に貯まり内圧が上昇すると、内圧により開口部の押圧に抗して開口部５ｃが開く。このときガスが外部に放出され、外装体内部の内圧は低下する。これにより、バネ６ｂの反発力により再びクリップの押圧が内圧を上回り開口部５ｃを挟持して閉口し、外装体内部の密封性が確保される。なお、外装体内部の密封性を高めるため、クリップ６の挟持圧を高くし過ぎると外装体内部のガスが放出されず、内圧が上昇し過ぎ外装体が破裂する可能性があるので適当な押圧を調整する必要がある。
【００２９】
なお、図６では弾性体にバネ６ｂの反発力を利用して外装体外部を挟持しているが、弾性体にはゴム、合成樹脂を含むものである。
【００３０】
なお、クリップ６の挟持部に樹脂層６ａを設け外装体外部を挟持することにより、開口部５ｃをより安定的に閉口ことができる。また、初期充電の際、漏電する可能性があるため、クリップ６はプラスチック等の絶縁性材料で形成されることが望ましい。また、開口部５ｃ近傍を折り曲げてクリップで挟持して外装体内部の密封性が向上させてもよい。
【００３１】
また、充放電工程は初期充電工程とエージング工程とからなり、初期充電工程で充電を行いガスを発生させた後、エージング工程で所定温度の保温庫に一定時間静置し、ガスの発生が完全に終わるのを待つ。このときのガスの放出過程は上記説明したとおりである。
【００３２】
また、開口部５ｃを封止する第４工程は図２（ｃ）で示した工程に相当するものである。この工程では、エージング工程後、クリップで開口部５ｃを仮閉口し外装体内部の密封性を確保した状態で、クリップ６と電池本体２の間の空間をヒートシールし、外装体内部を完全に密封状態する。その後、開口部近傍の余分な部分を切り取り電池が完成する。なお、図７に示すように、開口部５ｃ近傍に余裕シロ５ｄを設けることにより、クリップを外した後、電解質が外装体外部にこぼれるのを防ぐことができる。
【００３３】
以上各工程を経て、電池を製造することにより、積層体の使用面積を最小限に留め、効率よく初期充電時に発生するガスを外装体外部に放出することができる。なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、開口部５ｃを複数設け、それに対応するクリップ６を用いる場合などである。また、上記説明では、リチウムイオン電池の製造方法について述べたが、リチウムイオン電池の製造方法に限定されるわけではなく、積層体により電池本体を封入してなる電池全般に本発明は係る。
【００３４】
この発明は、電池の製造方法に関する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る電池の製造方法を模式的に示す平面図であり、（ａ）はプレス成型工程を示すものであり、（ｂ）は収納工程を示すものであり、（ｃ）はシール工程を示すものである。
【図２】本発明に係る電池の製造方法を模式的に示す平面図であり、（ａ）は電解質注入工程を示すものであり、（ｂ）は開口部を仮閉口した後の初期充電を示す工程であり、（ｃ）は開口部を封止する工程を示すものである。
【図３】本発明に係る電池の製造方法におけるプレス成形を示す斜視図である。
【図４】パウチタイプの外装体を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る電池用外装体に設けられた開口部の配置例を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る開口部の仮閉口状態を示す電池及びクリップの断面図である。
【図７】本発明に係る開口部の仮閉口状態を示す電池及びクリップの断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      リチウムイオン電池
２      電池本体
４      電極
５      積層体
５ａ    収納部
５ｂ    収納部周縁
５ｃ    開口部
５ｄ    余裕シロ
６      クリップ
６ａ    樹脂層
６ｂ    バネ
７      オス型
８      メス型
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
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