(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、負極、セパレータ、及びリチウム塩を含む非水系電解質を電池容器内に収容し、且つ、厚さが１２ｍｍ未満の扁平形状であって、エネルギー容量が３０Ｗｈ以上及び体積エネルギー密度が１８０Ｗｈ／ｌ以上の非水系二次電池の製造方法において、
ロール状に巻かれた帯状セパレータから前記帯状セパレータを繰り出して板状の治具本体上に垂下させるセパレータ供給工程と、
前記治具本体上に水平方向に沿って相対的に近接および離間するよう移動可能に設けられた第１雄部と第１雌部とを有し、前記帯状セパレータを前記第１雄部と前記第１雌部との間に搬送し、前記第１雄部および第１雌部により前記帯状セパレータを挟持して折り曲げることで、前記帯状セパレータに折り癖をつける第１折り癖工程と、
前記第１雄部および第１雌部の上方に水平方向に沿って相対的に近接および離間するよう移動可能に設けられた第２雄部と第２雌部とを有し、前記第２雄部および第２雌部により前記帯状セパレータを挟持して前記第１折り癖工程とは逆方向に折り曲げることで、前記帯状セパレータに折り癖をつける第２折り癖工程と、
前記第１折り癖工程と第２折り癖工程とを繰り返すことにより、前記帯状セパレータをジグザグ状に折って、前記治具本体上に複数のセパレータ層を折り重ねる折り重ね工程と、
前記折り重ね工程において、前記治具本体上を水平方向に沿って移動可能なクリップにより、電極ストック部にストックされた正極又は負極の一方の電極を把持して、前記治具本体上に載置された前記セパレータ層の上に前記電極をそのエッジが前記帯状セパレータの折り癖に位置するようにして積層させ、この電極の上に新たなセパレータ層が折り重ねられた後、このセパレータ層の上に前記電極とは異極の電極を前記クリップによりそのエッジが前記帯状セパレータの折り癖に位置するようにして積層させ、この電極の上に新たな前記セパレータ層が折り重ねられる操作を繰り返すことにより、前記各セパレータ層を、交互に積層される正極と負極との間にそれぞれ介在させる電極供給工程と、を備えることを特徴とする非水系二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電システム用非水系二次電池の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、省資源を目指したエネルギーの有効利用及び地球環境問題の観点から、深夜電力貯蔵及び太陽光発電の電力貯蔵を目的とした家庭用分散型蓄電システム、電気自動車のための蓄電システム等が注目を集めている。例えば、特開平６−８６４６３号公報には、エネルギー需要者に最適条件でエネルギーを供給できるシステムとして、発電所から供給される電気、ガスコージェネレーション、燃料電池、蓄電池等を組み合わせたトータルシステムが提案されている。このような蓄電システムに用いられる二次電池は、エネルギー容量が１０Ｗｈ以下の携帯機器用小型二次電池と異なり、容量が大きい大型のものが必要とされる。このため、上記の蓄電システムでは、複数の二次電池を直列に積層し、電圧が例えば５０〜４００Ｖの組電池として用いるのが常であり、ほとんどの場合、鉛電池を用いていた。
【０００３】
一方、携帯機器用小型二次電池の分野では、小型及び高容量のニーズに応えるべく、新型電池としてニッケル水素電池、リチウム二次電池の開発が進展し、１８０Ｗｈ／ｌ以上の体積エネルギー密度を有する電池が市販されている。特に、リチウムイオン電池は、３５０Ｗｈ／ｌを超える体積エネルギー密度の可能性を有すること、及び、安全性、サイクル特性等の信頼性が金属リチウムを負極に用いたリチウム二次電池に比べて優れることから、その市場を飛躍的に延ばしている。
【０００４】
これを受け、蓄電システム用大型電池の分野においても、高エネルギー密度電池の候補として、リチウムイオン電池をターゲットとし、リチウム電池電力貯蔵技術研究組合（ＬＩＢＥＳ）等で精力的に開発が進められている。
【０００５】
これら大型リチウムイオン電池のエネルギー容量は、１００Ｗｈから４００Ｗｈ程度であり、体積エネルギー密度は、２００〜３００Ｗｈ／ｌと携帯機器用小型二次電池並のレベルに達している。その形状は、直径５０ｍｍ〜７０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ〜４５０ｍｍの円筒型、厚さ３５ｍｍ〜５０ｍｍの角形又は長円角形等の扁平角柱形が代表的なものである。
【０００６】
しかし、これら大型リチウムイオン電池は、高エネルギー密度が得られるものの、その電池設計が携帯機器用小型電池の延長にあることから、直径又は厚さが携帯機器用小型電池の３倍以上の円筒型、角型等の電池形状とされる。この場合には、充放電時の電池の内部抵抗によるジュール発熱、或いはリチウムイオンの出入りによって活物質のエントロピーが変化することによる電池の内部発熱により、電池内部に熱が蓄積されやすい。このため、電池内部の温度と電池表面付近の温度差が大きく、これに伴って内部抵抗が異なる。その結果、充電量、電圧のバラツキが生じ易い。また、この種の電池は複数個を組電池にして用いるため、システム内での電池の設置位置によっても蓄熱されやすさが異なって各電池間のバラツキが生じ、組電池全体の正確な制御が困難になる。更には、高率充放電時等に放熱が不十分な為、電池温度が上昇し、電池にとって好ましくない状態におかれることから、電解液の分解等による寿命の低下、更には電池の熱暴走の誘起など信頼性、特に、安全性に問題が残されていた。
【０００７】
上記問題を解決する目的でＷ０９９/６０６５２号には、正極、負極、セパレータ、及びリチウム塩を含む非水系電解質を電池容器内に収容した扁平形状の非水系二次電池であって、前記非水系二次電池は、その厚さが１２ｍｍ未満の扁平形状であり、そのエネルギー容量が３０Ｗｈ以上且つ体積エネルギー密度が１８０Ｗｈ／ｌ以上の非水系二次電池が開示されている。該電池は独特の電池形状（扁平形状）により、実用化の障壁となる上記蓄熱に起因する信頼性、安全性の問題点を解決する事を提案している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記、厚さが１２ｍｍ未満の扁平形状の電池において電極及びセパレータの積層を正確かつ容易に行う方法として、特開２０００-２６０４７８号（特願平１１-６５１０６号）には、正極、負極、セパレータの少なくとも１つは、組立時の位置決めに使用するための位置決め穴を設けることが提案されている。しかしながら、リチウム系二次電池に用いられるセパレータは厚さ０.０２ｍｍ〜０.０５ｍｍ程度と薄く、また、乾燥した環境の下で組み立てられるので、静電気力の吸引作用等の影響によりセパレータにしわが生じ易く、セパレータを１枚ずつ取り出して正極と負極の間に介在させて正確に積層するのが困難になる等の問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、３０Ｗｈ以上の大容量及び１８０Ｗｈ／ｌ以上の体積エネルギー密度を有し、その厚さが１２ｍｍ未満の扁平形状の非水系二次電池であって、電極およびセパレータの積層を正確、且つ、容易に行えるとともに、電池組立時に短絡が生じにくい扁平形状の非水系二次電池の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、以下の非水系二次電池の製造方法を提供するものである。
【００１１】
非水系二次電池は、正極、負極、セパレータ、及びリチウム塩を含む非水系電解質を電池容器内に収容し、厚さが１２ｍｍ未満の扁平形状であり、エネルギー容量が３０Ｗｈ以上且つ体積エネルギー密度が１８０Ｗｈ／ｌ以上の非水系二次電池であって、帯状セパレータをジグザグ状に折ってセパレータ層を折り重ね、該セパレータ層を、交互に積層される前記正極と前記負極との間に介在させたことを特徴とする。
【００１２】
前記正極若しくは前記負極の少なくとも一方に、組立時の位置決めに使用するための位置決め用の開口部を設けるのが望ましい。
【００１３】
前記開口部の少なくとも１つは、非円形であることが望ましい。
【００１４】
前記正極がマンガン系酸化物を主体とすることが望ましい。
【００１５】
前記負極は、リチウムをドープ及び脱ドープ可能な物質を含むことが望ましい。
【００１６】
前記扁平形状の表裏面の形状は、矩形であることが望ましい。
【００１７】
前記電池容器の板厚は、０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下であるが望ましい。
【００１８】
非水系二次電池の製造方法は、正極、負極、セパレータ、及びリチウム塩を含む非水系電解質を電池容器内に収容し、且つ、厚さが１２ｍｍ未満の扁平形状であって、エネルギー容量が３０Ｗｈ以上及び体積エネルギー密度が１８０Ｗｈ／ｌ以上の非水系二次電池の製造方法において、ロール状に巻かれた帯状セパレータから前記帯状セパレータを繰り出して板状の治具本体上に垂下させるセパレータ供給工程と、前記治具本体上に水平方向に沿って相対的に近接および離間するよう移動可能に設けられた第１雄部と第１雌部とを有し、前記帯状セパレータを前記第１雄部と前記第１雌部との間に搬送し、前記第１雄部および第１雌部により前記帯状セパレータを挟持して折り曲げることで、前記帯状セパレータに折り癖をつける第１折り癖工程と、前記第１雄部および第１雌部の上方に水平方向に沿って相対的に近接および離間するよう移動可能に設けられた第２雄部と第２雌部とを有し、前記第２雄部および第２雌部により前記帯状セパレータを挟持して前記第１折り癖工程とは逆方向に折り曲げることで、前記帯状セパレータに折り癖をつける第２折り癖工程と、前記第１折り癖工程と第２折り癖工程とを繰り返すことにより、前記帯状セパレータをジグザグ状に折って、前記治具本体上に複数のセパレータ層を折り重ねる折り重ね工程と、前記折り重ね工程において、前記治具本体上を水平方向に沿って移動可能なクリップにより、電極ストック部にストックされた正極又は負極の一方の電極を把持して、前記治具本体上に載置された前記セパレータ層の上に前記電極をそのエッジが前記帯状セパレータの折り癖に位置するようにして積層させ、この電極の上に新たなセパレータ層が折り重ねられた後、このセパレータ層の上に前記電極とは異極の電極を前記クリップによりそのエッジが前記帯状セパレータの折り癖に位置するようにして積層させ、この電極の上に新たな前記セパレータ層が折り重ねられる操作を繰り返すことにより、前記各セパレータ層を、交互に積層される正極と負極との間にそれぞれ介在させる電極供給工程と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態の非水系二次電池について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施の形態の扁平な矩形（ノート型）の蓄電システム用非水系二次電池の平面図及び側面図を示す図であり、図２は、図１に示す電池の内部に収納される電極積層体の構成を示す側面図である。
【００２０】
図１及び図２に示すように、本実施の形態の非水系二次電池は、上蓋１及び底容器２からなる電池容器と、該電池容器の中に収納されている四角形状の正極１０１ａ、四角形状の負極１０１ｂ、１０１ｃ、及び帯状セパレータＳからなる電極積層体Ｄとを備えている。本実施の形態のような扁平型非水系二次電池の場合、後述の折畳み装置Ｃによって、帯状セパレータＳはジグザグ状に折って、折り重ねられた各平面状部分をセパレータ層１０４としている。複数枚の正極１０１ａ、複数枚の負極１０１ｂ及び積層体の両外側に配置される負極１０１ｃは、セパレータ層１０４を介して交互に配置されて積層されている。
【００２１】
かかる構成を採用することにより、前述の様に従来扱いに問題があったセパレータを連続で扱うことが可能となり、電極及びセパレータの積層を正確かつ容易に行える。
【００２２】
本発明は、この配置に特に限定されず、積層数等は、必要とされる容量等に応じて種々の変更が可能である。また、図１及び図２に示す非水系二次電池の形状は、例えば縦３００ｍｍ×２１０ｍｍ×厚さ６ｍｍであり、正極１０１ａにＬｉＭｎ2Ｏ4、負極１０１ｂ、１０１ｃに炭素材料を用いるリチウム二次電池の場合、例えば、蓄電システムに用いることができる。
【００２３】
本発明においては、図６に示すように、正極１０１a及び負極１０１b,１０１cには、組立時の位置決めに使用するための長孔状の位置決め穴１０７ａ，１０７ｂ（開口部の一例）を設けるのが好ましく、これにより正極１０１a及び負極１０１b,１０１cの確実な位置決めが可能となる。
【００２４】
なお、位置決め穴を正極１０１a又は負極１０１b,１０１cのいずれか一方にだけ設けても良い。
【００２５】
次に、正極１０１ａ、負極１０１ｂ、１０１ｃの積層時の位置決めに使用される位置決め穴１０７ａ，１０７ｂについて説明する。位置決め穴１０７ａ，１０７ｂは、図２に示すようなシート状の正極１０１ａ、負極１０１ｂ、１０１ｃ、及びセパレータ層１０４を積層する場合、正極１０１ａ及び負極１０１ｂ、１０１ｃの位置決めに用いられる。なお、本発明は、以下に説明する積層用治具及び位置決め穴１０７ａ，１０７ｂ等に限定されるものではない。また、位置決めに使用される開口部は、穴に特に限定されず、位置決めできれば、切り欠き、凹部等であってもよい。
【００２６】
図４は、正極１０１ａ、負極１０１ｂ、１０１ｃ、セパレータ層１０４の積層方法の一例の説明図である。図４に示すように、各２個の正極用位置決め穴１０７ａ及び負極用位置決め穴１０７ｂは、最大サイズであるセパレータ層１０４  の外側で位置決めが可能な位置で正極集電片１０６ａ及び負極集電片１０６ｂにそれぞれ設けられている。
【００２７】
折畳み装置Ｃは、図３及び図４に示すように、積層用治具８１と、ロール状に巻かれた帯状セパレータＳから該帯状セパレータＳを繰り出して積層用治具８１の中心軸（一点鎖線で示す）に沿って積層用治具上に垂らすセパレータ供給手段（図示省略）と、帯状セパレータＳに折り癖部Ｓ１を付ける折り癖手段Ｃ１と、電極供給手段Ｃ２と、これらの手段を総括的に制御する図外の制御手段とを備えている。
【００２８】
積層用治具８１は、板状の治具本体８２と、積層用治具８１の所定位置に立設された正極用ガイドピン８３及び負極用ガイドピン８３を備える。
【００２９】
なお、図３において、積層用治具８１の治具本体８２の中心軸（鉛直軸）と平行にＺ軸を、Ｚ軸に垂直な水平面内において図３の紙面に平行にＸ軸を、紙面に垂直にＹ軸を設定している。
【００３０】
折り癖手段Ｃ１は、治具本体８２の左右両側に高さが異なるようにして一対配設され、折り癖手段Ｃ１は、それぞれ水平に配設される雄部Ｃ１１と雌部Ｃ１２とを備え、雄部Ｃ１１と雌部Ｃ１２とが帯状セパレータＳを挟持した状態で合致することにより帯状セパレータＳに折り癖部Ｓ１をつけるものである。雄部Ｃ１１は、Ｙ軸と平行な矢印Ｙ１，Ｙ２の方向及びＸ軸と平行な矢印Ｘ１，Ｘ２方向に移動し、雌部Ｃ１２は、Ｘ軸と平行な矢印Ｘ３，Ｘ４の方向に移動する。そして、図４の２点鎖線で示すように、雄部Ｃ１１が雌部Ｃ１２内に位置させることにより、帯状セパレータＳが雄部Ｃ１１と雌部Ｃ１２で挟持されて折り癖部Ｓ１が形成される。
【００３１】
なお、帯状セパレータＳに折り癖部Ｓ１が付けられた後、雄部Ｃ１１及び雌部Ｃ１２は元の位置に戻されるが、戻すための経路は特に限定されない。
【００３２】
電極供給手段Ｃ２は、水平に配設されるクリップＣ２１を備え、該クリップＣ２１によって図外の電極ストック部に水平にストックされた正極１０１ａ及び負極１０１ｂ，１０１ｃの端部を掴み、且つ、クリップＣ１２をＸ軸と平行な矢印Ｘ５，Ｘ６の方向に移動させるものである。
【００３３】
以下、このように構成される折畳み用装置Ｃを用いて電極積層体Ｄを製造する方法を、図５に基づいて説明する。
【００３４】
まず、帯状セパレータＳをセパレータ供給手段によって治具本体８２の中心軸に沿って垂下させ、帯状セパレータＳの先端を治具本体８２上に重ねた後、図５（ａ）に示すように、折り癖手段Ｃ１の雄部Ｃ１２を図４の矢印Ｙ１方向に移動させた後、雄部Ｃ１１及び雌部Ｃ１２を矢印Ｘ１，Ｘ３方向に移動させて帯状セパレータＳを挟持することにより、帯状セパレータＳに折り癖部Ｓ１を付けて第１セパレータ層１０４ａを形成する。その後、雄部Ｃ１１と雌部Ｃ１２を元に位置に戻して治具本体８２の上方から退避させる。
【００３５】
なお、帯状セパレータＳの先端縁を治具本体８２に仮止めし、雄部Ｃ１１及び雌部Ｃ１２で帯状セパレータＳを挟持したとき、帯状セパレータＳの先端縁と該挟持部との間に張力を発生させるようにしても良い。
【００３６】
次に、図５（ｂ）に示すように、負極１０１ｃをクリップＣ２１で掴んでＸ５の方向に移動させ、負極１０１ｃの位置決め穴１０７ｂを負極用ガイドピン８３の上方に位置させると共に負極１０１ｃのエッジＥ１を折り癖部Ｓ１に位置させた後、負極１０１ｃをクリップＣ２１から離脱させて負極１０１ｃの位置決め穴１０７ｂを負極用ガイドピン８３に通すと共に負極１０１ｃを第１セパレータ層１０４ａの上に重ねる。
【００３７】
次に、図５（ｃ）に示すように、折り癖手段Ｃ１の雄部Ｃ１２を図４の矢印Ｙ２方向に往動させた後、雄部Ｃ１１及び雌部Ｃ１２を矢印Ｘ２，Ｘ４方向に移動させて帯状セパレータＳを挟持することにより、帯状セパレータＳに折り癖部Ｓ１を付けて帯状セパレータＳの第２セパレータ層１０４ｂを形成する。その後、雄部Ｃ１１と雌部Ｃ１２を元に位置に戻して治具本体８２の上方から退避させる。
【００３８】
次に、図５（ｄ）に示すように、正極１０１ａをクリップＣ２１で掴んでＸ６の方向に移動させ、正極１０１ａの孔を正極用ガイドピン８３の上方に位置させると共に正極１０１ａのエッジＥ２を折り癖部Ｓ１に位置させた後、正極１０１ａをクリップＣ２１から離脱させて正極１０１ａの位置決め穴１０７ａを正極用ガイドピン８３に通すと共に正極１０１ａを第２セパレータ層１０４ｂの上に重ねる。
【００３９】
次に、図５（ｅ）に示すように、折り癖手段Ｃ１の雄部Ｃ１２を図４の矢印Ｙ１方向に移動させた後、雄部Ｃ１２及び雌部Ｃ１１を矢印Ｘ１，Ｘ３方向に移動させ、帯状セパレータＳを挟持することにより、帯状セパレータＳに折り癖部Ｓ１を付けて第３セパレータ層１０４ｃを形成する。その後、雄部Ｃ１２と雌部Ｃ１１を元の位置に戻して治具本体８２の上方から退避させる。
【００４０】
次に、負極１０１ｂをクリップＣ２で掴んでＸ６の方向に移動させ、負極１０１ｂの位置決め穴１０７ｂを負極用ガイドピン８３の上方に位置させると共に負極１０１ｂのエッジＥ３を折り癖部Ｓ１に位置させた後、負極１０１ｂをクリップＣ２から離脱させて、図５（ｆ）に示すように、負極１０１ｂの位置決め穴１０７ｂを負極用ガイドピン８３に通すと共に負極１０１ｃを第３セパレータ層１０４ｃの上に重ねる。
【００４１】
そして、以上の操作を繰り返すことにより、正極１０１ａと負極１０１ｂ，１０１ｃとが帯状セパレータＳの各セパレータ層１０４を介して交互に積層されて電極積層体Ｄが形成される。なお、この間、帯状セパレータＳは必要量だけ供給される。
【００４２】
このようにして形成される電極積層体Ｄは、図２のように、帯状セパレータＳによって正極１０１ａと負極１０１ｂ，１０１ｃを連続して積層でき、上下のセパレータ層１０４が互いに規制し合うことによってセパレータ層１０４にしわが生じ難くなり、また、上下のセパレータ層１０４を連続させるセパレータ部分１０４ａによって正極１０１ａのエッジと負極１０１ｂ，１０１ｃのエッジとが接触するのを防ぐことができる。
【００４３】
なお、ガイドピン８３は積層完了後に容易に抜けるようにしておくと、電極積層体Ｄの取り外し時の位置ずれが少なくなり好ましい。
【００４４】
ここで、位置決め用の位置決め穴の形状は、特に限定されるものではなく、穴の場合、円形、長円形、Ｌ字形、三日月形、三角形、正方形、長方形、多角形等が挙げられ、切り欠き又は凹部の場合は、Ｕ字形、楔形等が挙げられる。１枚の電極に設けられる位置決め穴の数は、特に限定されるものではなく、少なくとも一つあればよいが、縦横方向のずれをより確実に防止するために、図６に示すように２つ設けてもよく、また、それ以上の個数であってもよい。また、１枚の電極に設けられる位置決め用の位置決め穴の個数も、特に限定されるものではなく、図６に示すように少なくとも１箇所に設ければよく、縦横方向のずれをより確実に防止するために、電極の対角線上又は対向する位置等の２箇所に設けてもよく、また、それ以上の箇所に設けてもよい。なお、複数箇所に位置決め穴を設け、後述するように１箇所の位置決め穴を利用して外部への電気的接続をとる場合、積層完了後に他の部分を切断することも可能である。また、１枚の電極に設けられる位置決め用の位置決め穴を設ける位置も、特に限定されるものではなく、図６に示すように一辺の端部に設けてもよく、又は一辺の中間部に設けてもよい。
【００４５】
また、外部端子すなわち図１に示す正極端子３及び／又は負極端子４の電池の内側にネジ部を形成し、該ネジ部を位置決め穴に通してナットで締結することにより、位置決め穴を正極端子３及び／又は負極端子４と正極１０１ａ及び／又は負極１０１ｂ、１０１ｃとの接続用の穴として共用することも可能である。また、中継部材を介して外部端子と電極との間の電気的接続を行い、中継部材の一端側の穴と位置決め穴とにボルトを通してナットで締結するようにしてもよい。
【００４６】
上記のように、位置決め穴を利用して外部への電気的接続をとる場合、位置決め穴は円形でないことが好ましい。図６の（ａ）及び（ｂ）を用いてこの理由を説明する。図７の（ａ）は、ガイドピン８３（ガイドピン８２は図示省略）を備える積層用治具を用いて電極等を積層した時の状態を示す図であり、図７の（ｂ）は、位置決め後に負極１０１ｂ、１０１ｃの負極集電片１０６ｂをボルト９１及びナット９２で締結した時の状態を示す図である。なお、図中、説明の簡略化のため、積層枚数は少なくしている。
【００４７】
図７の（ａ）に示すように、積層用治具を用いて位置決めした後、図７の（ｂ）に示すように、ボルト９１及びナット９２を用いて接続しようとすると、各負極１０１ｂ、１０１ｃの端部からボルト９１及びナット９２による固定位置までの距離は、各負極により異なり、外側の負極ほど遠くなり、中間の負極が最も近くなる。従って、円形の位置決め穴を用いる場合、中間側の負極の負極集電片１０６ｂが弛み、集電片の折れ等の損傷が発生し、ボルト・ナットによる固定が煩雑になる。これは、正極の場合も同様である。従って、このような不都合を回避するために、位置決め穴の少なくとも１つは、上記距離の差を吸収できるように、円形でない形状、例えば、円形を一方向に伸ばした長円形であることが好ましい。
【００４８】
各正極１０１ａの正極集電体１０５ａは、正極端子３に電気的に接続され、同様に、各負極１０１ｂ、１０１ｃの負極集電体１０５ｂは、負極端子４に電気的に接続されている。正極端子３及び負極端子４は、電池容器すなわち上蓋１と絶縁された状態で取り付けられている。
【００４９】
上蓋１及び底容器２は、図１中の拡大図に示したＡ点で上蓋１の全周を溶かし込み、溶接されている。上蓋１には、電解液の注液口５が開けられており、電解液注液後、例えば、アルミニウム−変成ポリプロピレンラミネートフィルムからなる封口フィルム６を用いて封口される。最終封口工程は、少なくとも一回の充電操作の後に行うことがより好ましい。封口フィルム６による最終封口工程後の電池容器内の圧力は、大気圧未満であることが好ましく、更に好ましくは８６６５９．３Ｐａ（６５０Ｔｏｒｒ）以下、特に好ましくは７３３２７．１Ｐａ（５５０Ｔｏｒｒ）以下である。この圧力は、使用するセパレータ、電解液の種類、電池容器の材質及び厚み、電池の形状等を加味して決定されるものである。内圧が大気圧以上の場合、電池が設計厚みより大きくなり易く、又は、電池の厚みのバラツキが大きくなり易く、電池の内部抵抗及び容量がばらつくきやすい。
【００５０】
正極１０１ａに用いられる正極活物質としては、リチウム系の正極材料であれば、特に限定されず、リチウム複合コバルト酸化物、リチウム複合ニッケル酸化物、リチウム複合マンガン酸化物、或いはこれらの混合物、更にはこれら複合酸化物に異種金属元素を一種以上添加した系等を用いることができ、高電圧、高容量の電池が得られることから、好ましい。また、大型リチウム系二次電池の実用化において最重点課題である安全性を重視する場合、熱分解温度が高いマンガン酸化物が好ましい。このマンガン酸化物としてはＬｉＭｎ2Ｏ4に代表されるリチウム複合マンガン酸化物、更にはこれら複合酸化物に異種金属元素を一種以上添加した系、さらにはリチウムを量論比よりも過剰にしたＬｉ1+xＭｎ2-yＯ4等が挙げられる。特に、本発明は上記マンガン酸化物を主体とする正極を用いる場合、その効果が大きい。
【００５１】
負極１０１ｂ、１０１ｃに用いられる負極活物質としては、リチウム系の負極材料であれば、特に限定されず、リチウムをドープ及び脱ドープ可能な材料であることが、安全性、サイクル寿命などの信頼性が向上し好ましい。リチウムをドープ及び脱ドープ可能な材料としては、公知のリチウムイオン電池の負極材として使用されている黒鉛系物質、炭素系物質、錫酸化物系、ケイ素酸化物系等の金属酸化物、或いはポリアセン系有機半導体に代表される導電性高分子等が挙げられる。
【００５２】
帯状セパレータＳの構成は、特に限定されるものではないが、単層又は複層の帯状セパレータＳを用いることができ、少なくとも１枚は不織布を用いることが好ましく、この場合、サイクル特性が向上する。また、帯状セパレータＳの材質も、特に限定されるものではないが、例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリアミド、クラフト紙、ガラス、セルロース系材料等が挙げられ、電池の耐熱性、安全性設計に応じ適宜決定される。
【００５３】
本実施形態の非水系二次電池の電解質としては、公知のリチウム塩を含む非水系電解質を使用することができ、正極材料、負極材料、充電電圧等の使用条件により適宜決定され、より具体的にはＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4等のリチウム塩を、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、酢酸メチル、蟻酸メチル、或いはこれら２種以上の混合溶媒等の有機溶媒に溶解したもの等が例示される。また、電解液の濃度は特に限定されるものではないが、一般的に０．５ｍｏｌ／ｌから２ｍｏｌ／ｌが実用的であり、該電解液は当然のことながら、水分が１００ｐｐｍ以下のものを用いることが好ましい。なお、本明細書で使用する非水系電解質とは、非水系電解液、有機電解液を含む概念を意味するものであり、また、ゲル状又は固体の電解質も含む概念を意味するものである。
【００５４】
上記のように構成された非水系二次電池は、家庭用蓄電システム（夜間電力貯蔵、コージェネレ-ション、太陽光発電等）、電気自動車等の蓄電システム等に用いることができ、大容量且つ高エネルギー密度を有することができる。この場合、エネルギー容量は、好ましくは３０Ｗｈ以上、より好ましくは５０Ｗｈ以上であり、且つエネルギー密度は、好ましくは１８０Ｗｈ／ｌ以上、より好ましくは２００Ｗｈ／ｌである。エネルギー容量が３０Ｗｈ未満の場合、或いは、体積エネルギー密度が１８０Ｗｈ／ｌ未満の場合は、蓄電システムに用いるには容量が小さく、充分なシステム容量を得るために電池の直並列数を増やす必要があること、また、コンパクトな設計が困難となることから蓄電システム用としては好ましくない。
【００５５】
本実施の形態の非水系二次電池は、扁平形状をしており、その厚さは１２ｍｍ未満、より好ましくは１０ｍｍ未満である。厚さの下限については電極の充填率、電池サイズ（薄くなれば同容量を得るためには面積が大きくなる）を考慮した場合、２ｍｍ以上が実用的である。電池の厚さが１２ｍｍ以上になると、電池内部の発熱を充分に外部に放熱することが難しくなること、或いは電池内部と電池表面付近での温度差が大きくなり、内部抵抗が異なる結果、電池内での充電量、電圧のバラツキが大きくなる。なお、具体的な厚さは、電池容量、エネルギー密度に応じて適宜決定されるが、期待する放熱特性が得られる最大厚さで設計するのが、好ましい。
【００５６】
また、本実施形態の非水系二次電池の形状としては、例えば、扁平形状の表裏面が角形、円形、長円形等の種々の形状とすることができ、角形の場合は、一般に矩形であるが、三角形、六角形等の多角形とすることもできる。さらに、肉厚の薄い円筒等の筒形にすることもできる。筒形の場合は、筒の肉厚がここでいう厚さとなる。また、製造の容易性の観点から、電池の扁平形状の表裏面が矩形であり、図１に示すようなノート型の形状が好ましい。
【００５７】
電池容器となる上蓋１及び底容器２に用いられる材質は、電池の用途、形状により適宜選択され、特に限定されるものではなく、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム等が一般的であり、実用的である。また、電池容器の厚さも電池の用途、形状或いは電池ケースの材質により適宜決定され、特に限定されるものではない。好ましくは、その電池表面積の８０％以上の部分の厚さ（電池容器を構成する一番面積が広い部分の厚さ）が０．２ｍｍ以上である。上記厚さが０．２ｍｍ未満では、電池の製造に必要な強度が得られないことから望ましくなく、この観点から、より好ましくは０．３ｍｍ以上である。また、同部分の厚さは、１ｍｍ以下であることが望ましい。この厚さが１ｍｍを超えると、電極面を押さえ込む力は大きくなるが、電池の内容積が減少し充分な容量が得られないこと、或いは、重量が重くなることから望ましくなく、この観点からより好ましくは０．７ｍｍ以下である。また、上記のように、非水系二次電池の厚さを１２ｍｍ未満に設計することにより、例えば、該電池が３０Ｗｈ以上の大容量且つ１８０Ｗｈ／ｌの高エネルギー密度を有する場合、高率充放電時等においても、電池温度の上昇が小さく、優れた放熱特性を有することができる。従って、内部発熱による電池の蓄熱が低減され、結果として電池の熱暴走も抑止することが可能となり信頼性、安全性に優れた非水系二次電池を提供することができる。
【００５８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
（１）ＬｉＭｎ2Ｏ4１００重量部、アセチレンブラック８重量部、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）３重量部をＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）１００重量部と混合し正極合材スラリーを得た。該スラリーを集電体となる厚さ２０μｍのアルミ箔の両面に塗布して乾燥させた後、プレスを行い、正極を得た。図８の（ａ）は正極の説明図である。本実施例において正極１０１ａの塗布面積（Ｗ１×Ｗ２）は、２６２．５×１９２ｍｍ2であり、２０μｍの集電体の両面に１１０μｍの厚さで塗布されている。その結果、電極材料塗布部の厚さは２４０μｍとなっている。また、電極の短辺側には電極材料が塗布されていない正極集電片１０６ａが設けられ、５ｍｍ×３ｍｍの長穴が２個あけられている。
【００５９】
（２）黒鉛化メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ、大阪ガスケミカル製、品番６−２８）１００重量部、ＰＶＤＦ１０重量部をＮＭＰ９０重量部と混合し、負極合材スラリーを得た。該スラリーを集電体となる厚さ１４μｍの銅箔の両面に塗布して乾燥させた後、プレスを行い、負極１０１ｂを得た。図８の（ｂ）は負極１０１ｂの説明図である。負極１０１ｂの塗布面積（Ｗ１×Ｗ２）は、２６７×１９５ｍｍ2であり、１４μｍの集電体の両面に９０μｍの厚さで塗布されている。その結果、電極材料塗布部の厚さは１９４μｍとなっている。また、電極の短辺側には電極材料が塗布されていない負極集電片１０６ｂが設けられ、５ｍｍ×３ｍｍの長穴が２個あけられている。更に、同様の手法で片面だけに塗布し、それ以外は同様の方法で厚さ１０４μｍの片面電極を作成した。片面電極は（３）項の電極積層体において外側に配置される（図２及び図７中の符号１０１ｃで示す）。
【００６０】
（３）図２に示すように、上記（１）項で得られた正極８枚、負極９枚（内片面２枚）を、図３乃至図５に示す装置及び方法で、帯状セパレータＳを折り返しながら交互に積層して電極積層体Ｄを得た。帯状セパレータＳは、図８の（ｃ）のように幅Ｗ１が２７１ｍｍであり、セパレータＡ（レーヨン系、目付１２.６ｇ／ｍ2）とセパレータＢ（ポリエチレン製微孔膜；目付１３．３ｇ／ｍ2）とを合わせた構成となったものを用いた。また、帯状セパレータＳのセパレータ層１０４は、セパレータＡが正極側に、セパレータＢが負極側になるように配置した。また、正極、負極の位置決めは、図４及び図５に示す積層用治具を用い、積層時間は１０回の平均で１２分であり、セパレータにしわ等の不良も発生しなかった。
【００６１】
（４）図１に示すように、厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ３０４製薄板を深さ５ｍｍに絞り、底容器２を作成し、上蓋１も厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ３０４製薄板で作成した。次に、図１及び図９に示すように、上蓋１に、アルミニウム製の正極端子３及び銅製の負極端子４（頭部６ｍｍφ、先端Ｍ３のねじ部）を取り付けた。正極及び負極端子３、４は、ポリプロピレン製ガスケットで上蓋１と絶縁した。また、正極端子３には、中継部材となる銅製の負極タブ４１をナット４１で締結し、それぞれ電気的に接続し、必要に応じて、PET性粘着テープを用いて各部を絶縁した。
【００６２】
（５）図９に示すように、上記（３）項で作成した電極積層体Ｄの各正極集電片１０６ａの２個の位置決め穴及びに正極タブ３２の２個の穴にアルミニウム製ボルト３３を通してアルミニウム製のナット３４により締結し、また、各負極集電片１０６ｂの２個の位置決め穴及びに負極タブ４２の２個の穴に銅製ボルト４３を通して銅製のナット４４により締結し、それぞれ電気的に接続した。接続された電極積層体Ｄを絶縁テープで固定し、図１の角部Ｆを全周に亘りレーザー溶接した。その後、注液口５（６ｍｍφ）から電解液としてエチレンカーボネートとジエチルカーボネートを１：１重量比で混合した溶媒に１ｍｏｌ／ｌの濃度にＬｉＰＦ6を溶解した溶液を注液した。次に、大気圧下で、仮止め用のボルトを用いて注液口５を一旦封口した。
【００６３】
（６）この電池を５Ａの電流で４．２Ｖまで充電し、その後４．２Ｖの定電圧を印可する定電流定電圧充電を１２時間行い、続いて、５Ａの定電流で２．５Ｖまで放電した。
【００６４】
（７）該電池の仮止め用ボルトをはずし、再度、４．００×１０4 Ｐａ（３００Ｔｏｒｒ）の減圧下で、１２ｍｍφに打ち抜いた厚さ０．０８ｍｍのアルミ箔−変性ポリプロピレンラミネートフィルムからなる封口フィルム６を、温度２５０〜３５０℃、圧力１〜３ｋｇ／ｃｍ2、加圧時間５〜１０秒の条件で熱融着することにより、注液口５を最終封口し、厚さ６ｍｍの扁平形状のノート型電池を得た。
【００６５】
該電池を５Ａの電流で４．２Ｖまで充電し、その後４．２Ｖの定電圧を印可する定電流定電圧充電を１２時間行い、続いて、５Ａの定電流で２.５Ｖまで放電し、容量を確認した。放電容量は２７Ａｈであった。（容量：１００Ｗｈ，エネルギー密度：２６５Ｗｈ/ｌ）
（比較例）
特開２０００−２６０４７８号公報に示す方法、すなわち、正極と負極との間に、複数枚の四角形のセパレータを一枚ずつ介在させるようにして、正極、負極及びセパレータを積層する方法を採用した。積層に要する時間は１０回の平均で２８分であり、上述の実施例に較べて２倍以上の時間を要した。また、セパレータにしわなどの不良箇所があるのが見つかった。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の非水系二次電池の製造方法によれば、帯状セパレータをジグザグ状に折って複数枚のセパレータ層を折り重ね、交互に積層される正極と負極との間に前記セパレータ層をそれぞれ介在させることにより、連続したセパレータによって正極および負極が連続的に積層された非水系二次電池を製造でき、したがって、隣接するセパレータ層が互いに規制し合ってセパレータ層にしわが発生するのを防止できると共に各セパレータ層の位置決めが容易になり、その結果、従来のようにセパレータを一枚ずつ取り出して正極と負極の間に介在させる方法に較べて、セパレータを正確且つ容易に積層できることになる。
【００６７】
また、帯状セパレータのうち、上下のセパレータ層を連続させるセパレータ部分によって正極のエッジと負極のエッジとが接触するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施の形態の蓄電システム用非水系二次電池の平面図、（ｂ）は蓄電システム用非水系二次電池の側面図を示す図である。
【図２】図１に示す電池の内部に収納される電極積層体の構成を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施の形態の蓄電システム用非水系二次電池の電極、セパレータの積層に用いられる折畳み装置を示す正面図である。
【図４】本発明の一実施の形態の蓄電システム用非水系二次電池の電極、セパレータの積層に用いられる折畳み装置を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施の形態の蓄電システム用非水系二次電池の製造工程を示す概略正面図である。
【図６】本発明の一実施の形態の蓄電システム用非水系二次電池の製造方法を示す平面図である。
【図７】（ａ）は位置決め治具を用いて電極を積層した状態を示す図、（ｂ）は位置決め後に負極集電片をボルト及びナットで締結した状態を示す図である。
【図８】（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ本発明の非水系二次電池の実施例に用いた正極、負極、及びセパレータの説明図である。
【図９】本発明の非水系二次電池の実施例に用いた電池容器の説明図である。
【符号の説明】
１  上蓋
２  底容器
３  正極端子
４  負極端子
５  注液口
６  封口フィルム
１０１ａ  正極（両面電極材料塗布型）
１０１ｂ  負極（両面電極材料塗布型）
１０１ｃ  負極（片面電極材料塗布型）
Ｓ        帯状セパレータ
１０４    セパレータ層
１０５ａ  正極集電体
１０５ｂ  負極集電体
１０６ａ  正極集電片
１０６ｂ  負極集電片
１０７a   正極位置決め穴
１０７ｂ  負極位置決め穴
【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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【図９】
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