(57)【要約】【課題】効率的な電極体の乾燥方法を有する二次電池の製造方法を提供すること。【解決手段】発電要素である電極体と、該電極体を収納する電池ケースと、該電極体に電気的に接続され該電池ケースの内外を連通する端子部材と、該端子部材に接続され該電池ケースの外部に配設され冷却部材及び／又はバスバーの作用を発揮する外部部材と、を有する二次電池の製造方法であって、該電極体、該端子部材及び該外部部材を接続した状態で、該電極体部分の乾燥を行う乾燥工程を有することを特徴とする。つまり、冷却部材は、効率よく電極体を冷却できるとともに、電極体の乾燥時において効率的に熱を吸収することが可能であることや、バスバーも電極体の乾燥時において効率的に熱を吸収できることから、冷却部材やバスバーを電極体に接続した状態で電極体の乾燥工程を行うことで効率的に乾燥を進行させることができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素である電極体と、該電極体を収納する電池ケースと、該電極体に電気的に接続され該電池ケースの内外を連通する端子部材と、該端子部材に接続され該電池ケースの外部に配設され冷却部材及び／又はバスバーの作用を発揮する外部部材と、を有する二次電池の製造方法であって、
該電極体、該端子部材及び該外部部材を接続した状態で、該電極体部分の乾燥を行う乾燥工程、を有することを特徴とする二次電池の製造方法。
【請求項２】
前記外部部材は前記端子部材と一体的に形成されている請求項１に記載の二次電池の製造方法。
【請求項３】
前記乾燥工程は高周波加熱により前記電極体を加熱する方法である請求項１又は２に記載の二次電池の製造方法。
【請求項４】
前記乾燥工程は減圧雰囲気にて行う請求項１〜３のいずれかに記載の二次電池の製造方法。
【請求項５】
前記二次電池は非水電解質二次電池である請求項１〜４のいずれかに記載の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、二次電池の製造方法に関し、更に詳しくは水分の乾燥が問題になる非水電解質型の二次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電気自動車、ハイブリッド自動車などの電動車両の開発が活発に行われている。この電動自動車の駆動用電源として、性能、信頼性、安全性に優れた二次電池の要望が高まっている。
【０００３】
これらの電動車両において駆動用電源には、高い起電力と、高いエネルギー密度が求められている。高い起電力と高いエネルギー密度を得られる二次電池として、リチウム電池に代表される非水電解質型二次電池が脚光を浴びている。この非水電解質型二次電池において、高い性能を得るためには、電池内部の水分管理が重要である。そのため電池の製造過程において、通常８時間という長い時間を掛けて電極体の乾燥を行う工程を行っており、電池生産の際の生産コスト面で大きなウエイトを占めている。そのために、乾燥時間を短縮できる効率的な乾燥方法が求められている。
【０００４】
一方、駆動用電源として二次電池を使用する際には、高い起電力と、エネルギー密度を得るためには多数の二次電池（電池セル）を直列あるいは並列に接続した組電池が用いられる。この組電池に大電流での放電を行うと、正極及び負極の電極反応により電池セルが発熱を生じる。この発熱により、電池セルが過熱され、正極や負極が熱により損傷し、二次電池の性能が低下するおそれがある。このため、大電流による発熱に対し、電池セルの蓄熱を防ぐことを目的とした放熱対策が必要となる。従来から放熱対策として、冷却部材を設けることが知られている。その他にも特許文献１のように組電池における電池間に冷媒通路を設ける方法や、特許文献２等の提案がなされているが、電池の実装効率が低下するという欠点があるのが現状である。
【特許文献１】特開２００３−７３５５号公報
【特許文献２】特開２００３−３６８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記課題に鑑み本発明では、効率的な電極体の乾燥方法を有する二次電池の製造方法を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する目的で本発明者らは鋭意研究を行った結果、冷却部材は効率よく電極体を冷却できるとともに、電極体の乾燥時において効率的に熱を吸収することが可能であり、電極体をよく加熱できることを見いだした。また、二次電池を組み合わせて組電池を構成する際に電池セル間を電気的に接続するバスバーも電極体の乾燥時において効率的に熱を吸収できることを見出した。つまり、冷却部材やバスバーを電極体に接続した状態で電極体の乾燥工程を行うことで効率的に電極体の乾燥を進行できることに想到し、以下の発明を行った。
【０００７】
すなわち、本発明の二次電池の製造方法は、発電要素である電極体と、該電極体を収納する電池ケースと、該電極体に電気的に接続され該電池ケースの内外を連通する端子部材と、該端子部材に接続され該電池ケースの外部に配設され冷却部材及び／又はバスバーの作用を発揮する外部部材と、を有する二次電池の製造方法であって、
該電極体、該端子部材及び該外部部材を接続した状態で、該電極体部分の乾燥を行う乾燥工程を有することを特徴とする。そして、前記外部部材は前記端子部材と一体的に形成することができる。外部部材は板状体や板状体を折り曲げて作製した形態など、比表面積が大きい形態であることが好ましい。
【０００８】
そして、前記乾燥工程は高周波加熱により前記電極体を加熱する方法が好ましい。高周波加熱は、高周波電流を通ずるコイルを有する誘導炉を用いて導体（電極体及び外部部材に構成要素として含むもの）内に渦電流を発生させて加熱する方法（好ましい使用周波数としては０．５ｋＨｚ〜数ＭＨｚ程度）と、高周波電圧を印加する２つの電極間に外部部材をもつ電極体を置き、誘電損失により加熱する方法とが採用できる。特に、電極体及び外部端子は導電体の部分が多いので誘導加熱を採用するとより効率的に加熱することができる。また、前記乾燥工程は減圧雰囲気にて行うことが好ましい。乾燥速度を向上できるからである。
【０００９】
また、乾燥工程によって、より厳密に電極体を乾燥する必要があるので、本発明方法を適用する前記二次電池は非水電解質二次電池が好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
乾燥工程にて外部部材は効率的に熱を吸収できるので、電極体も効率的に加熱できる。特に高周波加熱を採用する場合に顕著である。本発明方法において外部部材として用いる冷却部材やバスバーは、最終的に製造される二次電池における必須要素であり、二次電池の製造方法において外部部材はいずれかの段階にて電極体の端子部材に接続されるので二次電池の製造における総工程数は増加せず、乾燥工程の前に外部部材を端子部材に接続することによる製造コストへの影響はほとんどない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の二次電池の製造方法について、以下、実施形態に基づき詳細に説明する。本実施形態の二次電池の製造方法が適用できる二次電池は特に限定しないが、リチウム二次電池などの非水電解質型二次電池が好ましい。以下の説明ではリチウム二次電池に基づいて説明を行う。
【００１２】
リチウム二次電池は、正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出可能なリチウム−金属複合酸化物を正極活物質層として持つ正極と、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な負極を有する二次電池である。本実施形態のリチウム二次電池は、その形状には特に制限を受けず、コイン型、円筒型、角型等、様々な形状の電池として使用できる。本実施形態では角型のリチウム二次電池に基づいて説明する。リチウム二次電池の詳しい構成については後述する。角形のリチウム二次電池は複数個組み合わせて組電池を形成する場合に隙間なく配置することが可能となりエネルギー密度が向上する。
【００１３】
二次電池は電極体と電池ケースと端子部材と外部部材とを有する。電極体は発電要素であり、正極、負極及びセパレータなどからなる。正極及び負極は活物質を有し、活物質はそのまま又は集電体などの上に皮膜を形成するなどにより正負極を構成する。組み合わせて用いられる電解質は非水電解質であり、水分の存在により劣化するばかりか、二次電池の構成要素を劣化させるフッ酸などを発生する。従って、電極体は完全に乾燥する必要がある。
【００１４】
電池ケースは電極体や電解質を内部に収納する。二次電池内の雰囲気において物理的・化学的に安定な素材（例えば金属やプラスチック、プラスチック箔や金属箔より構成されるラミネートフィルム）により構成される。電池ケースは水分、電解質などの物質の内外間での透過がほとんどなくなるようにシールなどにより封止されている。端子部材は電極体の正極（負極）と電気的に接続された部材であり、発電要素である電極体から電池ケース外部に電力の授受を行う部材である。外部部材は冷却部材及び／又はバスバーの作用を発揮する部材である。外部部材と端子部材とは一体的に形成されたものでも良い。
【００１５】
本発明の二次電池の製造方法では電極体を形成し、端子部材を電極体に接続し、電池ケースに電極体を収納した後に外部部材を接続した後に乾燥工程を行う。つまり、電極体に外部部材を接続した後に乾燥工程を行うことを特徴としている。外部端子は正負極の両方に接続した後に乾燥工程を行うことが好ましい。しかしながら、正負極のいずれかのみに外部電極を接続した後に乾燥工程を行う形態も必要に応じて採用できる。また、乾燥工程は電池ケース内に挿入電極体をされた状態で行うこともできる。
【００１６】
外部部材が冷却部材として作用する場合には放熱性能の高さが要求されているので、必然的に外部からの吸熱性能も向上する。その結果、電極体を速やかに加熱・乾燥できる。外部部材は二次電池完成後の放熱において、空気などの冷却流体をあてる事により、二次電池内に蓄積した熱を逃がすことが可能となる。二次電池により組電池を構成する場合に二次電池間に冷却流体を通過させるスペースを設ける必要はなく、隙間なく電池を配列することができるため、電池の実装効率が向上できる。冷却部材として作用する外部部材は、冷却流体の流れ方向に配列した複数のフィンをもつ形態などが採用できる。
【００１７】
外部部材がバスバーとして作用する場合でも端子部材も外部部材も接続されていない電極体単体よりも吸熱性能は向上するので電極体は速やかに乾燥できる。バスバーとして作用する外部部材は流れる電流の大きさによって断面積が決定される。バスバーとして作用する外部部材であっても冷却部材としての作用を併せ持つものが好ましい。
【００１８】
電解質は乾燥工程後に電池内に注入する。電解液は電池ケースに設けた電解液注入口などから電池ケース内に注入することができ、電解液注入口はＥＰＤＭ製のシール材などによって気密状態に封止される。
【００１９】
乾燥工程は電極体を加熱する工程であれば特に限定しないが高周波加熱を採用することが好ましい。高周波加熱は電極体や外部部材を均一に加熱することができる。高周波加熱に用いる電流の周波数としては電極体、端子部材及び外部部材に対して最も効率の高い周波数が選択されることが好ましい。すなわち、周波数はＱ値の測定などにより探知できる共振周波数を選択することが好ましい。
【００２０】
具体的な乾燥工程の様子を説明する。加熱方法としては誘導加熱を採用した場合について説明する。誘導加熱はコイルにより電磁波を電極体に照射することで行う。電磁波は外部部材や端子部材にも照射する。コイルは電極体及び外部部材に満遍なく電磁波が照射できるように配設される。複数の電極体に電磁波を照射する方法としては、１つ１つの電極体をコイル近傍に順番に移動させ電極体の１つ１つに電磁波を照射する方法や、ベルトコンベアなどによって電極体をコイル近傍に移動させる連続的に電磁波を照射する方法などがある。乾燥工程では電極体の配設される雰囲気を真空雰囲気にすることが好ましい。電極体の雰囲気を真空にするには、乾燥工程を行う雰囲気全体を減圧したり、電極体を電池ケースに入れた後に電池ケース内を減圧することで達成できる。また、二次電池は、組電池とした後に乾燥工程を行っても良い。
・リチウム二次電池の構成
正極は、リチウムイオンを吸蔵・放出できる正極活物質に導電材及び結着剤を混合し、必要に応じ適当な溶媒を加えて、ペースト状の正極合材としたものを、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属箔製の集電体表面に塗布、乾燥し、その後プレスによって活物質密度を高めることによって形成する。
【００２１】
正極活物質にはリチウム遷移金属複合酸化物等の公知の正極活物質を用いることができる。リチウム遷移金属複合酸化物は、その電気抵抗が低く、リチウムイオンの拡散性能に優れ、高い充放電効率と良好な充放電サイクル特性とが得られるため、本正極活物質に好ましい材料である。例えばリチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物や、各々にＬｉ、Ａｌ、そしてＣｒ等の遷移金属を添加又は置換した材料等である。なお、これらのリチウム−金属複合酸化物を正極活物質として用いる場合には単独で用いるばかりでなくこれらを複数種類混合して用いることもできる。
【００２２】
導電材は、正極の電気伝導性を確保するためのものであり、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛等の炭素物質粉状体の１種又は２種以上を混合したものを用いることができる。結着剤は、活物質粒子及び導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすものでポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ、ＳＢＲ、ＮＢＲ、フッ素ゴム等が挙げられる。これら活物質、導電材、結着剤を分散させる溶剤としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。
【００２３】
負極は、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出する負極活物質を用いることができれば、その材料構成で特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。負極活物質としては、リチウム、リチウム合金、スズ化合物等の無機化合物、炭素質材料、導電性ポリマー等が挙げられる。特に、安全性の高いリチウムイオンを吸蔵、放出できる炭素質材料が好ましい。この炭素質材料は特に限定されないが、黒鉛及び石油系コークス、石炭系コークス、石油系ピッチの炭化物、石炭系ピッチの炭化物、フェノール樹脂・結晶セルロース等樹脂の炭化物等及びこれらを一部炭化した炭素材、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維等が挙げられる。
【００２４】
このように負極活物質として炭素質材料を用いた場合には、これに必要に応じて正極で説明したような導電材及び結着材を混合して得られた負極合材が銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等から構成される集電体に塗布されてなるものを用いることが好ましい。
【００２５】
非水電解液は、非水溶媒に電解質を溶解させたものである。
【００２６】
本発明の非水電解液に用いられる非水溶媒の例を以下に列挙する。しかしながら、本発明は以下の例示によって限定されるものではない。
環状カーボネート化合物、環状エステル化合物、スルホン又はスルホキシド化合物、アマイド化合物は、比誘電率が高いため、電解液の誘電率を上げる役割を果たしており、具体的には、環状カーボネート化合物としてはエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、１，２−ブチレンカーボネート、イソブチレンカーボネート等が挙げられ、環状エステル化合物としてはγ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等が挙げられ、スルホン又はスルホキシド化合物としてはスルホラン、スルホレン、テトラメチルスルホラン、ジフェニルスルホン、ジメチルスルホン、ジメチルスルホキシド等が挙げられ、アマイド化合物としては、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等が挙げられる。
【００２７】
鎖状カーボネート化合物、鎖状又は環状エーテル化合物、鎖状エステル化合物等は、電解液の粘度を低くすることができる。そのため、電解質イオンの移動性を高くすることができるなど、出力密度などの電池特性を優れたものにすることができる。また、低粘度であるため、低温での電解液の性能を高くすることができる。具体的には、鎖状カーボネート化合物としてはジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチル−ｎ−ブチルカーボネート、メチル−ｔ−ブチルカーボネート、ジ−ｉ−プロピルカーボネート、ｔ−ブチル−ｉ−プロピルカーボネート等が挙げられ、鎖状又は環状エーテル化合物としてはジメトキシエタン（ＤＭＥ）、エトキシメトキシエタン、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、ジオキサン、１，２−ビス（メトキシカルボニルオキシ）エタン、１，２−ビス（エトキシカルボニルオキシ）エタン、１，２−ビス（エトキシカルボニルオキシ）プロパン、エチレングリコールビス（トリフルオロエチル）エーテル、ｉ−プロピレングリコール（トリフルオロエチル）エーテル、エチレングリコールビス（トリフルオロメチル）エーテル、ジエチレングリコールビス（トリフルオロエチル）エーテル等が挙げられる。
【００２８】
さらに鎖状エステル化合物としては、カルボン酸エステル化合物が挙げられ、具体定期には、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、第二ブチル、第三ブチルをもつアルコールとカルボン酸とのエステルが挙げられ、具体的には蟻酸メチル、蟻酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸第二ブチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等が挙げられる。これらのカルボン酸エステル化合物は凝固点が低く、環状又は鎖状のカーボネート化合物にさらに添加することにより、低温においても電池特性を向上させることができる。カルボン酸エステル化合物の添加量は非水溶媒１００体積中に１体積％〜５０体積％程度用いることが好ましい。その他、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタンやこれらの誘導体を用いることもできる。
【００２９】
電解質としては、従来公知の電解質が用いられ、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＳｉＦ５、ＬｉＡｌＦ４、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣｌ、ＬｉＦ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＡｌＦ４、ＬｉＡｌＣｌ４、ＮａＣｌＯ４、ＮａＢＦ４、ＮａＩなどが挙げられ、中でも、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６などの無機塩、並びに、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、Ｎ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｌｉ、Ｃ（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｌｉなどの有機塩からなる群より選ばれる一種又は二種以上の塩の組み合わせが電気特性に優れるので好ましい。
【００３０】
これらの電解質の使用により、電池性能をさらに優れたものとすることができ、かつその電池性能を室温以外の温度域においてもさらに高く維持することができる。電解質の濃度についても特に限定されるものではなく、用途に応じ、電解質及び非水溶媒の種類を考慮して適切に選択することが好ましい。
【００３１】
セパレータは、正極及び負極を電気的に絶縁し、電解液を保持する役割を果たすものであり、電解液がしみ込んでイオンが透過し易いように、微多孔化がなされている。この微多孔化の方法としては、高分子化合物と溶剤の溶液をミクロ相分離させながら製膜し、溶剤を抽出除去して多孔化する「相分離法」と、溶融した高分子化合物を高ドラフトで押し出し製膜した後に熱処理し、結晶を一方向に配列させ、さらに延伸によって結晶間に間隙を形成して多孔化をはかる「延伸法」などが挙げられ、用いられる高分子フィルムによって適宜選択される。特に、本発明に好ましく用いられるポリエチレンやポリフッ化ビニリデンに対しては、相分離法が好ましく用いられる。なお、セパレータは、正極と負極との絶縁を担保するため、正極及び負極よりもさらに大きいものとするのが好ましい。
【００３２】
ケースは、特に限定されるものではなく、公知の材料、形態で作成することができる。
【００３３】
ガスケットは、ケースと正負の両端子部の間の電気的な絶縁と、ケース内の密閉性とを担保するものである。例えば、電解液にたいして、化学的、電気的に安定であるポリプロピレンのような高分子等から構成できる。