(57)【要約】【課題】より短い時間でより安価に二次電池を製造することができる、二次電池の製造方法を提供する。【解決手段】極板積層体４と、電解質溶液５とともに極板積層体４を収容した容器６と、を備える二次電池１の製造方法に係る。セパレータ積層工程と、電解質溶液浸透工程と、極板積層工程と、極板積層体４を容器６に収容して容器６内に電解質溶液５を注入する工程と、を含む。セパレータ積層工程では、正極板２または負極板３のうちの一方の極板にセパレータ７を積層する。電解質溶液浸透工程では、セパレータ７の、一方の極板とは反対の側から電解質溶液５をセパレータ７に浸透させる。極板積層工程では、セパレータ７の、一方の極板とは反対の側に、正極板２または負極板３のうちの他方の極板を積層して極板積層体４を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して正極板および負極板が積層された極板積層体と、
電解質溶液とともに前記極板積層体を収容した容器と、を備える二次電池の製造方法であって、
前記正極板、前記負極板、前記電解質溶液が浸透していない前記セパレータ、および前記容器を用意する工程と、
前記正極板または前記負極板のうちの一方の極板に前記セパレータを積層するセパレータ積層工程と、
前記セパレータの、前記一方の極板とは反対の側から前記電解質溶液を前記セパレータに浸透させる電解質溶液浸透工程と、
前記セパレータの、前記一方の極板とは反対の側に、前記正極板または前記負極板のうちの他方の極板を積層して前記極板積層体を形成する極板積層工程と、
前記極板積層体を前記容器に収容して該容器内に前記電解質溶液を注入する電解質溶液注入工程と、を含む、二次電池の製造方法。
【請求項２】
前記電解質溶液浸透工程において、前記一方の極板および前記セパレータを鉛直方向と交わるようにかつ前記セパレータを前記一方の極板に対して鉛直方向上側に配置し、前記セパレータの鉛直方向上方から前記電解質溶液を滴下する、請求項１に記載の二次電池の製造方法。
【請求項３】
前記電解質溶液浸透工程において、前記セパレータの少なくとも２つの箇所に前記電解質溶液を滴下する、請求項２に記載の二次電池の製造方法。
【請求項４】
前記電解質溶液注入工程において、前記容器の、前記極板積層体の積層方向に対して交わる方向の一部に開口を形成し、該開口が鉛直方向上側に位置するように前記容器を配置して前記電解質溶液を鉛直方向下側に向かって前記容器内に注入する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の二次電池の製造方法。
【請求項５】
前記極板積層体が、それぞれ少なくとも２枚の前記正極板、前記負極板および前記セパレータを有し、
前記セパレータ積層工程、前記電解質溶液浸透工程および前記極板積層工程をこの順番で繰り返し行うことを含む、請求項１ないし４のいずれか１項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、セパレータを介して積層された正極板および負極板を有する二次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
充放電が可能な二次電池は、携帯電話機やノート型パソコン、ビデオカムレコーダ、デジタルスチルカメラなどの携帯用電子機器の駆動用電源として用いられている。近年では、電気自動車や家庭用蓄電池にも二次電池が採用されており、二次電池の需要は増加している。二次電池の需要の増加に対応するために、二次電池の生産性の向上が望まれている。
【０００３】
二次電池の構造および製造方法について、図４および図５を用いて説明する。図４は、二次電池の構造の断面図である。
【０００４】
図４に示すように、二次電池１は、正極板２および負極板３が積層されてなる極板積層体４と、電解質溶液５とともに極板積層体４を収容した容器６と、を備えている。正極板２および負極板３の間には、セパレータ７が設けられている。セパレータ７は、例えば多孔質樹脂膜といった、液体の浸透が可能な材料を用いて形成されており、セパレータ７には電解質溶液５が浸透している。電解質溶液５中のイオンが、セパレータ７を通過して正極板２と負極板３との間を往復することによって、二次電池１の充放電が行われる。
【０００５】
図５は、二次電池の製造方法を説明するための図である。まず、図５（ａ）に示すように、所定の大きさを有する正極板２および負極板３を、セパレータ７を介して積層し、極板積層体４を形成する。次に、図５（ｂ）に示すように、極板積層体４を、凹部を持つ一対の容器本体６ａ，６ｂで挟み、一対の容器本体６ａ，６ｂの縁を互いに接合する。このとき、一対の容器本体６ａ，６ｂの縁部のうちの一部分を接合しないでおく。続いて、図５（ｃ）に示すように、一対の容器本体６ａ，６ｂの縁部のうちの接合されていない一部分から容器６内に電解質溶液５を注入して容器６内を電解質溶液５で満たす。最後に、一対の容器本体６ａ，６ｂの縁部のうちの接合されていない一部分を接合し、電解質溶液５とともに極板積層体４を容器６内に収容して二次電池１が完成する。
【０００６】
このような二次電池の製造方法では、比較的短い時間で容器６内を電解質溶液５で満たした場合、セパレータ７に存在する微小孔に空気が残り、電解質溶液５が十分にセパレータ７に浸透しないことがある。
【０００７】
セパレータ７の微小孔に空気が残る理由は、セパレータ７と正極板２または負極板３との間には、隙間がほとんどないか、非常に小さい隙間（２５μｍ以下）しか設けられていないためである。比較的短い時間で容器６内を電解質溶液５で満たした場合、電解質溶液５は、セパレータ７の全周縁からセパレータ７に浸透し始める。したがって、セパレータ７の中央付近の微小孔中の空気は、セパレータ７の周縁から外側に抜けることができない。その結果、セパレータ７の中央付近の微小孔に空気が残る。
【０００８】
セパレータ７に電解質溶液５が十分に浸透していない場合、正極板２と負極板３との間を往復する電解質溶液５中のイオンが減少するため、二次電池の性能（例えば、作動電圧や電気容量）が低下する。また、電解質溶液５が十分に浸透していない状態で充放電を行うと、セパレータ７中に空気が残存しているため、セパレータ７から発火する虞がある。
【０００９】
セパレータ７に電解質溶液５を十分に浸透させるために、次のような、容器６に電解質溶液５を注入する方法が提案されている。電解質溶液５を容器６へ注入する電解質溶液注入工程において、セパレータ７が鉛直方向に沿うように容器６を配置し（図５（ｃ）にします状態）、極板積層体４の半分が浸かるまで電解質溶液５を容器６に注入する。この状態では、セパレータ７の鉛直方向上側の半分には電解質溶液５が浸透していないため、セパレータ７の中央付近の空気がセパレータ７から抜けやすく、電解質溶液５がセパレータ７の中央付近まで浸透する。電解質溶液５がセパレータ７の中央付近まで浸透した後、容器６に電解質溶液５を再度注入して容器６を電解質溶液５で満たす。このように電解質溶液５を容器６に注入することによって、セパレータ７中の空気を抜くことができ、電解質溶液５をセパレータ７に十分に浸透させることができる。微量の電解質溶液５を連続して容器６に注入する方法でもよい。
【００１０】
しかしながら、このような方法では、電解質溶液５がセパレータ７の中央付近まで浸透するまで比較的長い時間放置しなければならない。特に、電解質溶液５には、セパレータ７に対して親和性が低い非水溶液が用いられることが多い。したがって、電解質溶液５はセパレータ７に浸透しにくい。
【００１１】
さらに、正極板２や負極板３には炭素系導電物質を含むことが多い。非水溶液の、当該炭素系導電物質に対する親和性は比較的低い。そのため、正極板２や負極板３と、セパレータ７とが接近している場合には、当該炭素系導電物質が電解質溶液５のセパレータ７への浸透を妨げることがある。
【００１２】
したがって、電解質溶液５に非水溶液が用いられ、正極板２や負極板３に炭素系導電物質を含む二次電池では、より長い時間をかけてセパレータ７に電解質溶液５を浸透させなければならなかった。その結果、二次電池の生産性が低下していた。そこで、二次電池の生産性を低下させることなく、セパレータ７に電解質溶液５を十分に浸透させることができる二次電池の製造方法が、特許文献１〜５に提案されている。
【００１３】
特許文献１では、電解質溶液注入工程を真空状態にある空間内で行う製造方法が開示されている。当該空間内に極板積層体４を配置することによって、セパレータ７内の空気が抜かれる。したがって、比較的短い時間で容器６を電解質溶液５で満たしても、セパレータ７内に空気が残らずに、電解質溶液５がセパレータ７の中央付近まで浸透することができる。
【００１４】
特許文献２では、セパレータ７に対する親和性が比較的高い高親和性溶媒を用いた二次電池の製造方法が開示されている。高親和性溶媒を電解質溶液５に混入させて高親和性溶媒と電解質溶液５との混合溶液を作り、当該混合溶液を容器６に注入する。混合溶液には高親和性溶媒が含まれているため、混合溶液は比較的短い時間でセパレータ７に浸透することができる。
【００１５】
特許文献３では、正極板２や負極板３の表面、特に炭素系導電物質に存在する官能基の数を一定範囲内に制限する官能基制限剤を正極板２や負極板３に加える製造方法が開示されている。正極板２や負極板３の官能基の数を制限すると、正極板２や負極板３の、電解質溶液５に対する親和性が向上することが知られている。正極板２や負極板３の官能基の数が制限されることにより、正極板２や負極板３が電解質溶液５のセパレータ７への浸透を妨げなくなり、電解質溶液５がセパレータ７へ浸透しやすくなる。その結果、比較的短い時間で電解質溶液５をセパレータ７へ十分に浸透させることができる。
【００１６】
特許文献４や特許文献５では、極板積層体４を形成する前に、セパレータ７に、電解質溶液５に対する親和性が比較的高い溶剤を浸透させる工程を含む二次電池の製造方法が開示されている。当該溶剤をセパレータ７に染み込ませておくことによって、電解質溶液注入工程において、電解質溶液５がセパレータ７に浸透しやすくなる。したがって、電解質溶液注入工程の時間を短縮することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】ＷＯ９９／４１７９７号公報
【特許文献２】特開２００９−１７６５９８号公報
【特許文献３】特開２００５−３１０７６４号公報
【特許文献４】特開２００３−３０８８７７号公報
【特許文献５】特開２００７−２８０９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、特許文献１で開示されている製造方法では、真空装置といった、真空状態にある空間を形成するための装置が新たに必要となる。したがって、製造装置が高価になり、二次電池の製造コストが高くなる。
【００１９】
また、特許文献２ないし５に開示されている製造方法では、高親和性溶媒や官能基制限剤などの新たな溶剤が用いられているため、材料費が高くなる。さらに、新たな溶剤を製造するための工程が必要となり、製造コストが増加する虞がある。
【００２０】
そこで、本発明の目的の一例は、より短い時間でより安価に二次電池を製造することができる、二次電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明の一つの態様は、電解質溶液が浸透したセパレータを介して正極板および負極板が積層された極板積層体と、電解質溶液とともに極板積層体を収容した容器と、を備える二次電池の製造方法に係る。この態様において、正極板、負極板、および電解質溶液が浸透していないセパレータを用意する工程と、セパレータ積層工程と、電解質溶液浸透工程と、極板積層工程と、容器を用意し、極板積層体を容器に収容して該容器内に電解質溶液を注入する工程と、を含む。セパレータ積層工程では、正極板または負極板のうちの一方の極板にセパレータを積層する。電解質溶液浸透工程では、セパレータの、一方の極板とは反対の側から電解質溶液をセパレータに浸透させる。極板積層工程では、セパレータの、一方の極板とは反対の側に、正極板または負極板のうちの他方の極板を積層して極板積層体を形成する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の二次電池の製造方法によれば、より短い時間でより安価に二次電池を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る製造方法により製造される二次電池の断面図である。
【図２】本発明に係る二次電池の製造方法について説明するための図である。
【図３】複数の正極板、負極板およびセパレータが積層されてなる極板積層体を有する二次電池の断面図である。
【図４】二次電池の構造を説明するための断面図である。
【図５】従来の二次電池の製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係る製造方法により製造される二次電池の断面図である。図１に示すように、二次電池１は、正極板２および負極板３が積層されてなる極板積層体４と、電解質溶液５とともに極板積層体４を収容した容器６と、を備えている。
【００２６】
正極板２および負極板３の間には、セパレータ７が設けられている。セパレータ７により、正極板２と負極板３との接触が防止されている。正極板２とセパレータ７との間、および負極板３とセパレータ７との間に隙間を設けてもよい。また、当該隙間を確保するためのスペーサ（不図示）を、正極板２とセパレータ７との間、および負極板３とセパレータ７との間に配設してもよい。
【００２７】
正極板２は、正極集電体２ａ、および正極集電体２ａの、セパレータ７側の面に配設された正極活物質層２ｂを含んでいる。負極板３は、負極集電体３ａ、および負極集電体３ａの、セパレータ７側の面に配設された負極活物質層３ｂを含んでいる。正極活物質層２ｂや負極活物質層３ｂには、炭素系導電物質が用いられている。
【００２８】
セパレータ７は、例えば多孔質樹脂膜といった、液体の浸透が可能な材料を用いて形成されており、セパレータ７には電解質溶液５が浸透している。電解質溶液５中のイオンが、セパレータ７を通過して正極板２と負極板３との間を往復することによって、二次電池１の充放電が行われる。
【００２９】
次に、本発明の第一の実施形態に係る二次電池の製造方法について、図２を用いて説明する。図２（ａ）ないし（ｆ）は、本実施形態に係る二次電池の製造方法について説明するための図である。
【００３０】
図２（ａ）に示すように、作業者または製造装置は、所定の大きさを有する正極板２、負極板３およびセパレータ７を用意する。このとき、セパレータ７には電解質溶液５（図１）が浸透していない。したがって、セパレータ７を用意する段階において、セパレータ７から電解質溶液５が滴下することはなく、電解質溶液５の消費や、製造装置周辺の汚れが抑制される。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示すように、正極板２にセパレータ７を積層するセパレータ積層工程を実施する。セパレータ積層工程において、正極板２とセパレータ７との間の隙間を確保するためのスペーサ（不図示）を正極板２とセパレータ７との間に配設してもよい。
【００３２】
続いて、図２（ｃ）に示すように、セパレータ７の、正極板２とは反対の側から電解質溶液５をセパレータ７に浸透させる電解質溶液浸透工程を実施する。セパレータ７に電解質溶液５を浸透させる方法としては、正極板２およびセパレータ７を鉛直方向と交わるようにかつセパレータ７を正極板２よりも鉛直方向上側に配置し、セパレータ７の鉛直方向上方から電解質溶液５を滴下する方法が挙げられる。
【００３３】
電解質溶液浸透工程では、セパレータ７の、正極板２とは反対の側には負極板３が積層されていない。そのため、セパレータ７の微小孔に存在していた空気は、セパレータ７の、正極板２とは反対の側から抜けることができる。したがって、正極板２および負極板３に挟まれたセパレータ７の縁から電解質溶液５を浸透させる場合に比べて、より短い時間で電解質溶液５をセパレータ７に浸透させることができる。
【００３４】
また、セパレータ７の、正極板２とは反対側の面の複数の箇所に電解質溶液５を滴下することができる。したがって、セパレータ７の縁部から電解質溶液５を浸透させる場合に比べて、より短い時間で電解質溶液５をセパレータ７に浸透させることができる。
【００３５】
セパレータ７へ電解質溶液５を浸透させる方法は、電解質溶液５をセパレータ７の鉛直方向上方から滴下する方法に限られない。例えば、正極板２およびセパレータ７を鉛直方向に沿って配置し、電解質溶液５を霧状にしてセパレータ７へ吹きかけることによってセパレータ７へ電解質溶液５を浸透させてもよい。
【００３６】
セパレータ７に浸透させる電解質溶液５の量は、セパレータ７が吸収することができる電解質溶液５の最大量とほぼ等しいことが望ましい。当該最大量を超える量の電解質溶液５をセパレータ７に滴下した場合、セパレータ７から電解質溶液５が溢れ落ちるからである。また、当該最大量よりも少ない場合には、電解質溶液５がセパレータ７に十分に浸透せず、セパレータ７に空気が残ることがあるからである。
【００３７】
セパレータ７に電解質溶液５が浸透したところで、図２（ｄ）に示すように、セパレータ７の、正極板２とは反対の側に負極板３を積層する極板積層工程を実施する。このようにして、セパレータ７を介して正極板２および負極板３が積層された極板積層体４が形成される。セパレータ７と負極板３との間の隙間を確保するためのスペーサ（不図示）をセパレータ７と負極板３との間に配設してもよい。
【００３８】
なお、本実施形態では、セパレータ積層工程（図２（ｂ））において正極板２にセパレータ７を積層しているが、セパレータ積層工程において負極板３にセパレータ７を積層してもよい。この場合、極板積層工程（図２（ｄ））では、セパレータ７に正極板２を積層する。
【００３９】
次に、図２（ｅ）に示すように、電解質溶液５とともに極板積層体４を収容するための容器６を用意し、極板積層体４を容器６に収容する。容器６としては、例えば、それぞれが凹部を持つ一対の容器本体６ａ，６ｂを接合してなる構造が挙げられる。一対の容器本体６ａ，６ｂの間に極板積層体４を配置し、一対の容器本体６ａ，６ｂの縁を互いに接合することによって、極板積層体４が容器６に収容される。
【００４０】
最後に、図２（ｆ）に示すように、電解質溶液５を容器６内に注入する電解質溶液注入工程を実施する。容器６の一部に開口８を形成し、開口８から容器６内へ電解質溶液５を注入する。開口８は、極板積層体４を容器６に収容する工程（図２（ｅ））において、一対の容器本体６ａ，６ｂの縁の一部を接合しないでおくことによって形成してもよい。
【００４１】
電解質溶液５を注入した後に開口８を接合することによって、電解質溶液５とともに極板積層体４を容器６に収容することができる。
【００４２】
また、電解質溶液注入工程において、極板積層体４の積層方向と交わる方向から電解質溶液５を注入することによって、セパレータ７により短い時間で電解質溶液５を浸透させることができる。これは、電解質溶液浸透工程（図２（ｃ））において、セパレータ７が吸収することができる電解質溶液５の最大量よりも少ない場合に好適である。このように電解質溶液５を注入することによって、電解質溶液５が正極板２および負極板３の間を通過しやすくなるからである。
【００４３】
電解質溶液５を極板積層体４の積層方向と交わる方向から電解質溶液５を注入するために、本実施形態では次のような方法で二次電池を製造している。
【００４４】
すなわち、極板積層体４を容器６に収容するとき（図２（ｅ））に、一対の容器本体６ａ，６ｂが対向する方向と極板積層体４の積層方向とが平行になるように、極板積層体４を一対の容器本体６ａ，６ｂの間に配置した。さらに、一対の容器本体６ａ，６ｂの縁の一部を接合しないことによって開口８を形成した。容器６の、極板積層体４の積層方向に対して交わる方向に位置する開口８を容易に形成することができる。
【００４５】
また、開口８が鉛直方向上側に位置するように容器６を配置し、電解質溶液５を鉛直方向下側に向かって容器６内に注入した。電解質溶液５が容器６から漏れることなく電解質溶液５を容器６に注入することができる。
【００４６】
本発明に係る、二次電池の製造方法によれば、電解質溶液注入工程におけるセパレータ７には、すでに電解質溶液５が浸透している。すなわち、セパレータ７が電解質溶液５になじんでおり、セパレータ７に対する電解質溶液５の親和性が向上している。
【００４７】
したがって、電解質溶液注入工程において、電解質溶液５をセパレータ７に浸透させるための時間は必要なくなるか、より短くなる。その結果、電解質溶液注入工程においてセパレータ７に電解質溶液５を浸透させる場合に比べて、より短い時間で電解質溶液５を容器６に注入することが可能となる。
【００４８】
図４に示す二次電池の製造方法では、電解質溶液注入工程に８時間を必要としていたが、本実施形態に係る二次電池の製造方法では、電解質溶液注入工程を２時間で完了させることができた。
【００４９】
また、本発明の製造方法によれば、セパレータ７内の空気を抜くための、真空装置といった新たな装置を必要としない。さらに、電解質溶液５をセパレータ７に浸透しやすくするための高親和性溶媒や官能基制限剤などの新たな溶剤を必要としない。したがって、より安価に二次電池を製造することができる。
【００５０】
なお、本実施形態では、それぞれ１枚の正極板２、負極板３およびセパレータ７からなる二次電池について説明したが、複数の正極板２、負極板３およびセパレータ７が積層された極板積層体を有する二次電池（図３）についても適用することができる。
【００５１】
図３は、複数の正極板２、負極板３およびセパレータ７が積層された極板積層体を有する二次電池の断面図である。図３に示される二次電池１を製造する場合には、極板積層工程の後に、セパレータ積層工程、電解質溶液浸透工程および極板積層工程をこの順番で繰り返し行い、所望の枚数の正極板２、負極板３およびセパレータ７を積層する。
【符号の説明】
【００５２】
１      二次電池
２      正極板
３      負極板
４      極板積層体
５      電解質溶液
６      容器
７      セパレータ
８      開口
【図１】
2012204279.tif 000003
【図２】
2012204279.tif 000004
【図３】
2012204279.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012204279.tif 000007