(57)【要約】【課題】製造雰囲気による電池への影響を抑制できる非水系二次電池の製造方法提供。【解決手段】電池ケース２及び５は、電解液を注入する連通孔７を備える注液口を備え、電解液を注入する工程と、連通孔７の内部に発電要素から発生するガスを外部に排出できる逆止弁８を設けてコンディショニングを行う工程と、連通孔７を気密融着部７ａにて気密溶着する工程と、を有することを特徴とする。つまり、注液口に逆止弁を設けることで、非水系二次電池のコンディショニング中に、外部からのガスを筐体内に流入させずに、筐体部の内部で発生するガスを抜くことができる。非水系二次電池のコンディショニング中には筐体部の内部からガスが発生しており内圧が高い状態になっているので、簡単な逆止弁でも効果的に筐体部の内部への水分の流入を抑制できる。その後、注液口の連通孔を気密融着しているので水分浸透を効果的に抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素と電解液と該発電要素及び該電解液を内部に納める筐体部を備える電池ケースとを有する非水系二次電池であって、
前記電池ケースは、前記電解液を該筐体部内に注入する連通孔と、該電解液注入後に該電解液及び／又は前記発電要素から発生したガスを前記筐体部の外部に排出できた逆止弁と、を備え、該ガス排出後に該連通孔が気密溶着されている注液口を有することを特徴とする非水系二次電池。
【請求項２】
前記筐体部と前記注液口の前記連通孔とは一体化されている請求項１に記載の非水系二次電池。
【請求項３】
発電要素と電解液と該発電要素及び該電解液を内部に納める筐体部を備える電池ケースとを有する非水系二次電池を製造する方法であって、
前記電池ケースは、前記電解液を該筐体部内に注入する連通孔を備える注液口を備え、
前記筐体部に前記発電要素を収納した後、該注液口から該電解液を注入する工程と、
該連通孔の内部又は該連通孔の開口部に該電解液及び／又は前記発電要素から発生するガスを該筐体部の外部に排出できる逆止弁を設けて該発電要素及び該電解液のコンディショニングを行う工程と、
該連通孔を気密溶着する工程と、を有することを特徴とする非水系二次電池の製造方法。
【請求項４】
前記筐体部と前記注液口の前記連通孔とは一体化されている請求項３に記載の非水系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、非水系二次電池及びその製造方法に関し、詳しくは、高度な湿度管理（雰囲気管理）を必ずしも行わなくても水分の混入を嫌う非水系二次電池を製造することができる非水系二次電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電気製品の軽量化、小型化に伴い高いエネルギー密度を有する非水系二次電池（リチウム二次電池）が注目され様々な研究・開発が進められている。また、環境問題から電池自動車や電力を動力の一部に利用したハイブリッド自動車の実用化が行われており、昨今ではこの非水系二次電池の搭載車種を増加させるべくコストダウンを達成するための研究が盛んに進められている。
【０００３】
現状、非水系二次電池は電解液に水分を嫌う有機系溶媒を用いるので、その電解液と一般雰囲気（空気) に含まれる水分との接触で引起される化学反応により電解液が劣化し電池性能を低下させる等の品質問題がある。この抑制策として低湿度環境を維持、管理するドライルーム内にて電解液の注入からコンディショニング（ガス抜き充放電）、最終工程である注液口の封止に至るまで一貫生産する方法が採用されている。
【０００４】
しかしながら、ドライルームなどの低湿度環境を実現する設備の設置及び保守には多額の費用が必要とされる。更に非水系二次電池の増産時にドライルームの大きさがボトルネックになる。前述したように、ドライルームは、拡張に至っての設備投資額が急激に増加するため、この生産方法での低コスト化には限界がある。
【特許文献１】特開２００３−１５７８１３号公報
【特許文献２】実開昭５６−６８９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、製造雰囲気による電池への影響を抑えることができる非水系二次電池及びそ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本発明の非水系二次電池は、発電要素と電解液と該発電要素及び該電解液を内部に納める筐体部を備える電池ケースとを有する非水系二次電池であって、
前記電池ケースは、前記電解液を該筐体部内に注入する連通孔と、該電解液注入後に該電解液及び／又は前記発電要素から発生したガスを前記筐体部の外部に排出できた逆止弁と、を備え、該ガス排出後に該連通孔が気密溶着されている注液口を有することを特徴とする。
【０００７】
また、上記課題を解決する本発明の非水系二次電池の製造方法は、発電要素と電解液と該発電要素及び該電解液を内部に納める筐体部を備える電池ケースとを有する非水系二次電池を製造する方法であって、
前記電池ケースは、前記電解液を該筐体部内に注入する連通孔を備える注液口を備え、
前記筐体部に前記発電要素を収納した後、該注液口から該電解液を注入する工程と、
該連通孔の内部又は該連通孔の開口部に該電解液及び／又は前記発電要素から発生するガスを該筐体部の外部に排出できる逆止弁を設けて該発電要素及び該電解液のコンディショニングを行う工程と、
該連通孔を気密溶着する工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
つまり、注液口に逆止弁を設けることで、非水系二次電池のコンディショニング中に、外部からのガスを筐体内に流入させることなく、筐体部の内部で発生するガスを抜くことができる。非水系二次電池のコンディショニング中には筐体部の内部からガスが発生しており内圧が高い状態になっているので、簡単な逆止弁でも効果的に筐体部の内部への水分の流入を抑制できる。その後、注液口の連通孔を気密融着しているので製造された非水系二次電池における水分浸透を効果的に抑制できる。なお、従来技術として特許文献１及び２を挙げている。特許文献１及び２は電池の使用中の安全性向上を主目的にした構造であり、本発明のようにコンディショニング中の水分透過を抑制するためのものではない。
【０００９】
そして、前記筐体部と前記注液口の前記連通孔とは一体化することが好ましい。両者を一体化することで、水分の透過するおそれが少なくできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の構成を採用することで、筐体部内への電解液注入、コンディショニング（ガス抜き充放電）、そして注液口の封止に至るまでの工程をドライルームを廃止した一般雰囲気下においても生産可能にすることができる非水系二次電池及びその製造方法を提供することができる。その結果、品質維持とコスト削減の両立を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
〔非水系二次電池〕
本発明の非水系二次電池は、電池ケースと発電要素と電解液とを有する。本発明の非水系二次電池では、コイン型電池、ボタン型電池、円筒型電池及び角型電池等の公知の電池構造をとることができる。発電要素は正負極の組み合わせなどの一般的な構成が採用できる。電解液は有機溶媒などから構成される非水電解液である。電池ケースはそれら発電要素及び電解液を内部に納める筐体部と注液口とをもつ。以下、非水系二次電池としてのリチウム二次電池に基づいて詳細を説明する。
【００１２】
電池ケースは筐体部と注液口とを備える。筐体部は筐体部の内部に水分が透過しないように水分透過性の低い素材から形成されることが好ましい。例えば、金属材料やプラスチックなどから構成される。注液口は筐体部の内外を連通する連通孔と連通孔内での流体の移動を一方向（筐体部内部から外部に向けての方向）に制限する逆止弁とを備える。筐体部は、内部に発電要素を納めた後、注液口の連通孔以外の部分がシールされていることが望ましい（注液を円滑に行うためのガス抜き孔を設けることもできる。この場合のガス抜き孔は電解液の注液後速やかに気密融着される。）。逆止弁は連通孔から筐体部の内部に電解液を注液した後に設けられる。逆止弁を設けた状態で非水系二次電池のコンディショニングを行った後、連通孔は気密融着される。気密融着を行う部位は連通孔のどの部位でも構わない。また、気密融着後には、連通孔にガスが流れることは想定されていないので、気密融着を行うことでその後の逆止弁の機能が損なわれることになっても構わない。
【００１３】
逆止弁としては、例えば、連通孔内に配設されたボールを採用して形成することができる。すなわち、連通孔の筐体部内部に開口する側には、ボールが通過できないようにボールの外径よりも小さな径とした上でボールと密着できるノド部を形成し、ボールと組み合わせることで筐体部の内部から外部に向けてのみ流体を移動することができる逆止弁を形成することができる。ここで、ボールの質量を調節したり、ボールを筐体部の内部側に付勢するばねなどの弾性体を設けることで高い気密性を保持することが可能になり、筐体部内への外気（湿気）の流入を抑制することができる。また、連通孔の筐体部外部側には内径がボールの外径よりも僅かに小さくなるようにする突起部を設けることで、連通構内からのボールの飛び出しを防止できる。突起部は連通孔の周方向の一部にのみ設けることで、突起部と接触する部分以外には連通孔の内壁とボールとの間に隙間が生じて筐体内から勢いよくガスが噴出した場合でもボールの飛び出しを防止しつつ、効果的にガス抜きを行うことができる。突起部を連通孔に設けた場合に、連通構内へのボールの挿入は連通孔の弾性変形を利用して不可逆的に入れることができる。
【００１４】
発電要素は正極および負極をセパレータを介して重畳あるいは捲回等して電極体としたものが例示できる。正負極の集電体から外部に通ずる正極端子及び負極端子までの間を集電用リード等を用いて接続し、外部端子に接続することが行われる。
【００１５】
正極は、リチウムイオンを吸蔵・脱離できる正極活物質に導電材および結着剤を混合し、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。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。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種または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、活物質粒子およ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、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００１６】
負極については、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。例えば、リチウム金属、グラファイト又は非晶質炭素等の炭素材料等である。そのなかでも特に炭素材料を用いることが好ましい。負極活物質として炭素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および結着材を混合して得られた負極合材が集電体に塗布されてなるものを用いることが好ましい。
【００１７】
電解液は、有機溶媒に電解質を溶解させたものである。有機溶媒は、通常リチウム二次電池の非水電解液に用いられる有機溶媒であれば特に限定されるものではない。例えば、カーボネート類、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、ラクトン類、オキソラン化合物等を用いることができる。電解質は、その種類が特に限定されるものではない。
【００１８】
セパレータは、正極およ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る。たとえば、多孔性合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子（ポリエチレン、ポリプロピレン）の多孔膜を用いればよい。
【００１９】
〔非水系二次電池の製造方法〕
本発明の非水系二次電池の製造方法は、前述した本発明の非水系二次電池を製造できる方法である。すなわち、本発明方法が適用できる非水系二次電池は、電池ケースと発電要素と電解液とを有する。これら各構成要素は前述した非水系二次電池の欄で説明したものとほぼ同じなので更なる説明は省略する。
【００２０】
まず、筐体部内に発電要素を収める。例えば、筐体部の開口部から発電要素を挿入した後に蓋をする方法が挙げられる。蓋は、シール部材を介して接合するほか、筐体部が金属材料から構成される場合には溶接により接合する方法が採用でき、筐体部がプラスチック（ラミネートフィルムなども含む）にて構成される場合には熱融着などにて接合する方法が採用できる。発電要素の製造方法は特に限定されない。発電要素の挿入は、注液口に逆止弁を設ける前に行う。
【００２１】
発電要素を筐体部内に収めた後、注液口の連通孔を介して電解液を注入する。電解液は外気から遮断された電解液容器内に保持されており、電解液流出口から取り出すことができる。この電解液流出口を注液口に接続して電解液を筐体部内に注液することで、電解液が周囲の雰囲気と接触することを効果的に抑制することができる。
【００２２】
その後、連通孔に逆止弁を設ける。逆止弁を設けた状態でコンディショニング（所定条件での充放電）を行うことで筐体部内の発電要素及び電解液から幾らかのガスが発生し、連通孔を介して外部に排出される。連通孔からガスが排出されなくなった後に連通孔を気密融着する。従って、筐体部の内部の圧力は外圧よりも概ね高くなっており、外部から筐体部の内部にガス（空気など）が流入するおそれは少ない。また、逆止弁によって筐体部の外部から内部へのガスの流れを完全に遮断することができる。
【実施例】
【００２３】
本発明の非水系二次電池及びその製造方法について、以下詳細に説明を行う。
【００２４】
構成：図１に示すように、本実施例の非水系二次電池は、正負極及びセパレータを巻回して構成される発電要素１と、発電要素１から外部に電力を取り出す正極３及び負極４と、電池ケース（２、５〜１０）とを有する。
【００２５】
電池ケースは、筐体本体部２と蓋５とを溶接部５ａにて接合した筐体部と、連通孔７及びボール８からなり連通孔７が気密融着されている注液口と、安全弁１０にて封止された排煙口９とを備える。安全弁１０には蓋５に所定圧力で破断するように筋状に設けられた薄肉部を備え、筐体部の内圧が所定圧力以上になることで破断開口する部材である。ボール８は、連通孔７を介して電解液を筐体部内に注液した後、連通孔７内に挿入する。ボール８は連通孔７（特にノド部７ｂ）と相俟って逆止弁を構成する、すなわち、連通孔７はボール８を保持する部分より電池ケース内部に向かう部分（ノド部７ｂ）の径が小さくなっており、外部からガスが流入するときにはその径が小さくなっている部分にボール８が密着してガスの流入を防ぐことができる。ボール８の材質は高耐腐食性且つ水分透過性の低い材料、例えば、耐食処理した金属や水分透過性の低い液晶ポリマー系樹脂等が望ましい。注液口と排煙口９と安全弁１０とは樹脂成形体６により蓋５に一体化されている。安全弁１０は何らかの原因によって内圧が上昇した場合に排煙口９を開口して内圧を排煙口９を介して外部に排出する部材である。
【００２６】
製造方法：セパレータを介して正負極を積層・巻回して発電要素を製造する。発電要素は扁平形状（楕円形状）に巻回されており、その両端部で正極端子３及び負極端子４が溶着されている。正極端子３及び負極端子４は樹脂成形により蓋５が一体的に形成されている。それ以外にも蓋５には連通孔７及び排煙口９が一体的に樹脂成形で形成されている。つまり、発電要素１には正負極３、４、蓋５などが一体化されている。
【００２７】
発電要素１は、一体化された正負極３、４、蓋５などと共に筐体本体部２内に挿入される。挿入後、筐体本体部２と蓋５との接触部分を溶接して気密溶着された溶接部５ａを形成する。
【００２８】
その後、蓋５に形成されている連通孔７から電解液を筐体部内に注液する。電解液の注液後、図２に示すように、連通孔７内にボール８を挿入する。ボール８は、連通孔７内に形成され且つボール８の外径よりも内径が小さいノド部７ｂに当接することで気密性を確保している。連通孔７の内径はボール８の外径よりも大きくなっているので、ボール８は容易に連通孔７内に挿入されるが、ボール８の外径よりも内径が小さいノド部７ｂには当接・密着する。ボール８の外側にはボール８を内側に付勢するばね１１が装着される。ばね１１の端部（ボール８と反対側）は図面には示さないが、連通孔７の外側の開口部近傍に配置された治具に係止されている。その結果、ボール８はばね１１により常に付勢されている。筐体部内部からボール８に加わる圧力がばね１１の付勢力よりも大きくなったときにボール８が連通孔外側に僅かに移動することで連通孔７との間に隙間が生じ、その隙間から内圧を外部に逃がすことができる。
【００２９】
発電要素１に対して所定条件にて充放電を繰り返すことでコンディショニングを行う。コンディショニング中には電解液や発電要素１からガスが発生する。発生するガスが筐体部内で所定圧以上にまで貯まると、ボール８をばね１１の付勢に反して移動することができ、連通孔７内に生じた隙間から流れ１２に沿ってガスを抜くことができる（図３）。コンディショニングが終了した後、治具を抜くことでばね１１を連通孔７内から抜き取る。コンディショニングが終了しているので、筐体部内からのガスの発生はない。従って、ボール８は連通孔７に留まり、自重により、筐体部内と外部との間を遮断する。その後、連通孔７（ボール８の上部）を熱により気密融着することで筐体部内の気密を確保できる（図４）。
【００３０】
筐体部の内部は常に外圧よりも高くすることができるので、周囲の雰囲気を厳密に調節しなくても筐体部内への水分の侵入を防止することができる。従って、ドライルームなどの設備投資を抑制することができ、非水系二次電池の製造コストを低減できる。
【変形例】
【００３１】
コンディショニング中の単位時間あたりのガス発生量が少ない場合には、実施例におけるばね１１を省略することが可能である（図５）。ボール８は、筐体部内からのガスによっても自重により連通孔７内に留まることができる（図６）。コンディショニング後に連通孔７を気密融着する（図４と同じ）。
【００３２】
また、ボール８に代えて弁体１３を採用することができる（図７）。弁体はノド部７ｂとの当接部が半球状になっており、反対側でばね１１の一端部に嵌め込まれている。ばね１１の他端部は治具１４により固定されている。コンディショニングを行った後、ばね１１のみを取り外すこともできるが、ばね１１と共に弁体１３も取り外した状態で連通孔７を気密融着することもできる（図８）。弁体１３を取り出した後に速やかに連通孔７を気密融着することで筐体部内への水分の侵入を満足に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施例の非水系二次電池の概略断面図である。
【図２】本実施例の非水系二次電池の連通孔近傍の概略図である（コンディショニング前）。
【図３】本実施例の非水系二次電池の連通孔近傍の概略図である（コンディショニング中）。
【図４】本実施例の非水系二次電池の連通孔近傍の概略図である（連通孔を気密融着した後）。
【図５】本変形例の非水系二次電池の連通孔近傍の概略図である（コンディショニング前）。
【図６】本変形例の非水系二次電池の連通孔近傍の概略図である（コンディショニング中）。
【図７】本変形例の非水系二次電池の連通孔近傍の概略図である（コンディショニング前及びコンディショニング中）。
【図８】本変形例の非水系二次電池の連通孔近傍の概略図である（連通孔を気密融着した後）。
【符号の説明】
【００３４】
１…発電要素
２…筐体本体部
３…正極端子
４…負極端子
５…蓋    ５ａ…溶接部
６…樹脂成形体
７…連通孔    ７ａ…気密融着部    ７ｂ…ノド部
８…ボール
９…排煙口
１０…安全弁
１１…ばね
１３…弁体
【図１】
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【図２】
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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８】
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