(57)【要約】【課題】二次電池の注液時間を短縮するシステムを提供する。【解決手段】二次電池の製造システム１００を提供する。このシステム１００は、正極板２１と負極板２２とを、セパレータ２５を介して相互に重なり合うように積層させて二次電池用の電極組立体２を組み立てる組立ユニット１１０と、電極組立体２に組み込まれる前の正極板２１、負極板２２およびセパレータ２５の少なくともいずれかを対象物として、対向電極間の高周波電界によってプラズマ化された成分を含むガス１６により、対象物に対し高周波電界の外で、対象物を処理するプラズマ処理ユニット１０とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とを、セパレータを介して相互に重なり合うように積層させて二次電池用の電極組立体を組み立てる組立ユニットと、
前記電極組立体に組み込まれる前の前記正極板、前記負極板および前記セパレータの少なくともいずれかを対象物として、対向電極間の高周波電界によってプラズマ化された成分を含むガスにより、前記対象物に対し前記高周波電界の外で、前記対象物を処理するプラズマ処理ユニットとを有するシステム。
【請求項２】
請求項１において、前記対象物を前記組立ユニットに搬送する搬送ユニットをさらに有し、
前記プラズマ処理ユニットは、前記搬送ユニットで搬送中の前記対象物を処理するユニットを含む、システム。
【請求項３】
請求項１または２において、前記組立ユニットは、帯状の前記対象物を巻回またはジグザグ状に折り畳むことにより前記電極組立体を組み立てる積層ユニットを含み、
前記プラズマ処理ユニットは、前記積層ユニットにより巻回または折り畳まれる前の前記帯状の対象物を処理するユニットを含む、システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、帯状の前記対象物を圧延成形して前記組立ユニットに供給するロールプレスユニットをさらに有し、
前記プラズマ処理ユニットは、前記ロールプレスユニットから出力された前記帯状の対象物を処理するユニットを含む、システム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記対象物を所定のサイズに裁断して前記組立ユニットに供給する裁断ユニットをさらに有し、
前記プラズマ処理ユニットは、前記裁断ユニットにより裁断された前記対象物を処理するユニットを含む、システム。
【請求項６】
正極板と負極板とを、セパレータを介して相互に重なり合うように積層させて二次電池用の電極組立体を組み立てることと、
前記組み立てることの前に、前記正極板、前記負極板および前記セパレータの少なくともいずれかを対象物として、対向電極間の高周波電界によってプラズマ化された成分を含むガスにより、前記対象物に対し前記高周波電界の外で、前記対象物を処理することとを有する、方法。
【請求項７】
請求項６において、前記電極組立体を電池ケースに入れて電解液を注入することをさらに有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極板および負極板がセパレータを介して相互に重なるように積層された二次電池用の電極組立体を組み立てるシステムおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電池ケース内を、有機電解液の沸点以下の−７０ｋｐａ〜−９５ｋｐａの範囲内の真空度に真空引きする工程と、所定量の有機電解液を注入した注液ホッパー内の一時貯液室を電池ケース内の圧力に対し０．１ｋｐａ〜５ｋｐａだけ高い圧力差が生じる真空度に真空引きする工程と、注液ホッパーの注液口を開いて一時貯液室内の有機電解液を圧力差により注液口およびこれに連接させた注液ノズルを介して電池ケース内に注液する工程とを有する、リチウム二次電池の注液方法が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、ワインディング方式の電極積層体の製造方法及びそれによるリチウムイオン二次電池用電極積層体を提供することが開示されている。本発明は、両方向に引張りが維持されるセパレータの両面に相対するように電極を配置し、これを回転させて前記電極の外側にさらにセパレータを形成するような方式により電極を積層するワインディング方式の電極積層方法、これにより製造されるリチウムイオン二次電池用電極積層体及びこれを用いた二次電池を提供する。本発明によるリチウムイオン二次電池は、電池の全面に均一な応力が加えられ、一定した引張りが維持されるセパレータにより正極電極と負極電極の配列が乱れなくなる結果、電池の寿命を延ばし、しかも、入力及び出力特性を高めることが可能になる。
【０００４】
特許文献３には、正負の極板間にセパレータが介在するように、正極板と負極板を交互に重ね合わせる角形電池用極板群の製造装置および方法が開示されている。この製造装置および方法では、複数本のガイド棒を一方向にジグザグ状に配列し、このガイド棒の一方の列と他方の列との間にセパレータの連続体を挿入し、ガイド棒を列同士間で列の先頭から後尾へと一対又は複数対ずつ順に交差させることにより連続体をジグザグ折りし、このジグザグ折りに同期して連続体の各谷溝内に正極板と負極板を交互に挿入し、連続体の各谷溝内からガイド棒を抜去し、しかる後に、連続体をジグザグ方向に押圧し扁平にする。連続体を蛇行させることなく円滑に走行させて極板群を精度良く製造することができる。
【０００５】
特許文献４には、積層型リチウムイオン電池の大量生産技術を確立するため、袋入り電極板及び単電池積層体を大量に効率よく製造する技術及び製造装置の提供、並びに大量生産が可能でコストが安く、自己放電率が低く品質のよい積層型リチウムイオン電池を提供することが記載されている。特許文献４では、循環移動する複数の吸引盤付き「受け台」及び「押え板」を使用し、下側セパレータ切断片を吸引固定した「受け台」と上側セパレータ切断片を吸引固定した「押え板」で、電極板（正極板）を挟み込んだ状態を形成したものをその状態を保持して移動させながら、電極板の上下のセパレータをその外周で自動的に熱接着し、切断し、余剰のセパレータを除去する方法で作った袋入り電極板（正極板）と相対する裸の電極板（負極板）を交互に積層することにより、大量に且自動的に積層型リチウムイオン電池の単電池積層体を製造することが記載されている。
【０００６】
特許文献５には、電極活物質の欠落を防止すると共に電池容量の向上に寄与する電池用電極板の製造方法を提供することが記載されている。特許文献５の正極板の製造方法は、正極活物質、導電剤及び結着剤を混合した正極合剤を正極側集電体に塗布した後、裁断部位に塗布した正極合剤における結着剤の濃度が、非裁断部位に塗布した正極合剤における結着剤の濃度に対して相対的に高くなるように、裁断パターンに沿って結着剤溶液を塗布する塗布ステップと、正極側集電体に塗布された正極合剤及び結着剤溶液を乾燥させて溶媒成分を除去する乾燥工程と、正極合剤が所定密度となるように圧縮する圧縮する工程と、正極合剤が塗布された正極側集電体を所定形状に裁断する裁断工程とを有する。
【０００７】
特許文献６には、裁断後における電極板断面の周縁部に発生する尖ったバリを防止するための、非水電解質二次電池用電極板の製造方法ならびにその電極板を用いた非水電解質二次電池を提供することが記載されている。特許文献６の製造方法では、１枚の幅広の電極板を、複数のガイドロールを介して搬送するスリッターにおいて、裁断刃により複数の幅狭の電極板に裁断した後、幅狭の電極板の個々の両縁部のみを押圧ロールで押圧することにより、裁断後における電極板断面の周縁部に発生する尖ったバリを著しく抑制し、その結果、安全性に優れた非水電解質二次電池を提供できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−５９９７３号公報
【特許文献２】特開２０１１−３５１８号公報
【特許文献３】特開２００９−１４０７７５号公報
【特許文献４】特開２００７−３２９１１２号公報
【特許文献５】特開２００６−５４１１５号公報
【特許文献６】特開２００８−１７６９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
二次電池の製造過程では、上記に示した方法などにより製造した電極材を含む電極組立体（電池積層体）を電池容器に入れた後、電池容器に電解液を注入する。二次電池の生産性の向上のためには、電解液を電池容器に注入する時間を短縮すると共に、電解液が電極材へ浸透する時間を短縮することが重要である。一方、電池容器に電解液を入れる際、電極組立体の電極材に電解液の浸透を促進するような処理をすることにより、電極材がダメージを受けたり、電極材の性質が変化してしまう可能性があり、そのような場合、製造された二次電池の性能が低下する要因となる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、正極板と負極板とを、セパレータを介して相互に重なり合うように積層させて二次電池用の電極組立体を組み立てる組立ユニットと、電極組立体に組み込まれる前の正極板、負極板およびセパレータの少なくともいずれかを対象物として、対向電極間の高周波電界によってプラズマ化された成分を含むガス（以降では反応ガス）により、対象物に対し高周波電界の外で、対象物を処理するプラズマ処理ユニットとを有するシステムである。
【００１１】
プラズマ化された成分を含むガス（反応ガス）はラジカル種を含む。したがって、プラズマ処理ユニットが対象物に反応ガスを吹き付けたり、反応ガス中に対象物を通過させる処理を行うことにより、反応ガス中のラジカル種により対象物の表面または表面の一部が改質され、電解液と馴染みやすくなる。たとえば、対象物の表面のバインダーに疎水系の素材が多く含まれている場合、ラジカル種によりその一部が親水系の基に変わり、電解液が対象物の間、たとえば、正電極とセパレータとの間に浸透あるいは侵入しやすくなることが考えられる。ラジカル種の一例は、プラズマ化されるキャリアガスに依存するが、酸素ガス、窒素ガス、水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、水蒸気をラジカル化させたものである。
【００１２】
さらに、対象物をプラズマ化された反応ガスにより、高周波電界の外で処理することにより、高周波電界による対象物のダメージを抑制できる。高周波電界が対象物に影響を与える領域外、すなわち、高周波電界が対象物に影響を与えにくい領域でプラズマ処理することにより、高周波電界により対象物が損傷を受ける可能性を小さくでき、電極組立体およびそれを含む電池の性能が劣化することを抑制できる。
【００１３】
高周波電界の外、すなわち、高周波電界が対象物に影響を与える領域の外で、対象物を反応ガスにより処理するプラズマ処理ユニットの典型的なものは、リモート方式（ダウンフロー方式、ダウンストリーム方式）の常圧プラズマ発生装置を含み、常圧プラズマ発生装置を、それにより生成された反応ガス（ダウンフロープラズマ）が、高周波電界が影響を及ぼさない程度の距離だけ離れた位置で対象物に吹き付けられるようにアレンジまたは配置したユニットである。
【００１４】
常圧プラズマ発生装置からの距離を縮め、改質能力の高い（活性の高い）反応ガスを対象物に吹き付けるために、常圧プラズマ発生装置と対象物との間にシールド電極を設けて高周波電界をシールドしてもよい。対向電極を対象物と平行に配置して、高周波電界が膨らむ方向を変え、それにより対象物に対する高周波電界の影響を抑制してもよい。反応ガスによる処理は、対象物の一方の面に反応ガスを吹き付ける処理であってもよく、両方の面に反応ガスを吹き付ける処理であってもよい。
【００１５】
対象物を組立ユニットに搬送する搬送ユニットを有するシステムにおいては、プラズマ処理ユニットは、搬送ユニットで搬送中の対象物を処理するユニットを含んでもよい。組立ユニットが、帯状の対象物を巻回またはジグザグ状に折り畳むことにより電極組立体を組み立てる積層ユニットを含むシステムにおいては、プラズマ処理ユニットは、積層ユニットにより巻回または折り畳まれる前の帯状の対象物を処理するユニットを含んでもよい。帯状の対象物を圧延成形して組立ユニットに供給するロールプレスユニットをさらに有するシステムにおいては、プラズマ処理ユニットは、ロールプレスユニットから出力された帯状の対象物を処理するユニットを含んでもよい。対象物を所定のサイズに裁断して組立ユニットに供給する裁断ユニットをさらに有するシステムにおいては、プラズマ処理ユニットは、裁断ユニットにより裁断された対象物を処理するユニットを含んでもよい。
【００１６】
本発明の他の態様の１つは、正極板と負極板とを、セパレータを介して相互に重なり合うように積層させて二次電池用の電極組立体を組み立てることと、組み立てることの前に、正極板、負極板およびセパレータの少なくともいずれかを対象物として、対向電極間の高周波電界によってプラズマ化された反応ガスにより、対象物に対し高周波電界が影響を与える領域の外で、対象物を処理することとを有する方法である。この方法は、電極組立体を電池ケースに入れて電解液を注入することをさらに有していてもよい。正極板、負極板およびセパレータに対するダメージを抑制するとともに、電解液の注入および含侵に要する時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】二次電池製造システムの概要を示すブロック図。
【図２】組立ユニットの一例を示す図。
【図３】プラズマ処理ユニットの一例を示す図。
【図４】プラズマ処理ユニットの他の例を示す図。
【図５】プリパレーションユニットの一例を示す図。
【図６】組立ユニットの他の例を示す図。
【図７】組立ユニットのさらに異なる例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に、二次電池の製造システムの概要を示している。この製造システム１００は、二次電池の電極組立体を組み立てる組立ユニット１１０と、組立ユニット１１０に供給する正極板２１、負極板２２およびセパレータ２５をそれぞれ準備するプリパレーションユニット２１０、２２０および２５０と、プリパレーションユニット２１０、２２０および２５０から正極板２１、負極板２２およびセパレータ２５を組立ユニット１１０に搬送する搬送ユニット４００と、組立ユニット１１０により組み立てられた電極組立体２を電池ケース５に収納し、電解液３を注入する注液ユニット３００とを有する。
【００１９】
二次イオン電池の典型的なものはリチウムイオン二次電池（以降ではリチウム電池）である。リチウム電池に限らず、二次電池は、正極板２１と、負極板２２と、これらを分離するセパレータ２５とを含む。正極板２１と負極板２２とセパレータ２５とは適当な方法で組み立てられ電極組立体（電極要素、電池構造体、電極体）２が構成される。電極組立体２は電池ケース（収納容器、パッケージ）５に収納され、さらに電解液３が注入されて二次電池が製造される。
【００２０】
電極組立体２の組み立て方法（製造方法）の１つは、ジグザグスタッキング方式と呼ばれるものであり、連続した帯状（ウェブ状）のセパレータ２５に一定の規格に切断された正極板２１および負極板２２を組み合わせて正極板２１、セパレータ２５、負極板２２の順に交互に連続して積層させて電極組立体２を製造する方式である。電極組立体２の組立方法の他の１つは、ワインディング方式（巻回方式、捲回方式）と呼ばれるものであり、連続した帯状の正極板２１と、帯状の第１のセパレータ２５と、帯状の負極板２２と、帯状の第２のセパレータ２５とを巻回して電極組立体２を製造する方式である。ジグザグスタッキング方式とワインディング方式とを適当に組み合わせて電極組立体２を製造することも可能であり、いくつかの方法が提案されている。電極組立体２の組立方法のさらに異なる方法の１つは、スタッキング方式と呼ばれるものであり、切断（裁断）された正極板２１と、切断されたセパレータ２５と、切断された負極板２２とを交互に積層させて電極組立体２を製造する方式である。
【００２１】
正極板２１および負極板２２は、金属箔からなる芯材（ウェブ、集電体、電極箔）と、芯材の上に塗布された活物質を含むペーストとを含む。ペーストは、活物質のほか、結着剤や、必要に応じて導電助剤や増粘剤などが添加されていてもよい。正極板２１の活物質（正極活物質）の典型的なものは、リチウム含有遷移金属酸化物（コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウムなど）である。正極活物質に、アセチレンブラックなどのカーボンブラックやグラファイトなどの導電助剤、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの結着剤がバインダとして混合され、必要に応じてＮ−メチル−２−ピロリドンを添加したものがスラリーとして調製され、そのスラリーをアルミニウム箔などの芯材の両面に塗布して乾燥させる。その後、プレスローラを含むロールプレス機に、活物質を塗布した芯材（電極部材、ワーク）を通すことにより、電極部材がその厚み方向に加圧される。これにより、活物質が高密度化され、電池の高容量化が図れる。さらに、必要に応じて、複数の帯状の電極部材を形成するように、裁断機により長さ方向に沿って裁断される。また、帯状の正極板は、電極組立体２の組立方式により、所定のサイズに切断される。
【００２２】
負極板２２の活物質（負極活物質）の典型的なものはリチウムイオンを吸蔵および放出可能なグラファイト、黒鉛などである。負極活物質に、カルボキシメチルセルロースやスチレンブタジエンゴムなどのゴム系バインダを混合し、必要に応じて水を添加して分散させることで、スラリーを調製し、上記の正極板２１の製造方法と同様にして、帯状の、または板状の負極板２２が製造される。セパレータ２５の典型的なものはポリエチレンやポリプロピレンなどを含むものである。
【００２３】
組立ユニット１１０により組み立てられた電極組立体２は、ケース（電池ケース、電池容器）５に収納され、注液ユニット（注液装置）３００により、電解液３がケース内に注入される。典型的な電解液３は、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）やジメチルカーボネート（ＤＭＣ）などを含む混合溶媒に六フッ化リン酸リチウムなどが溶解されたものである。ケース５が電解液で満たされると、ケース５の開口部を封鎖して、リチウムイオン二次電池が得られる。注液ユニット３００において電解液３をケース２に注入する時間（注液時間）、および電解液３が電極組立体２の内部にまで浸透するまでの時間（含浸時間）の短縮が求められている。
【００２４】
図２に、製造システム（製造装置）１００の組立ユニット１１０および搬送ユニット４００を示している。この組立ユニット１１０は、ジグザグスタッキング方式で電極組立体２を組み立てるウェブハンドリングユニット（積層ユニット）１１２と、積層ユニット１１２に帯状のセパレータ２５を供給するウェブ供給ユニット１１４と、積層ユニット１１２に所定のサイズに切断された正極板２１を供給する第１の電極板供給ユニット１１５と、積層ユニット１１２に所定のサイズに切断された負極板２２を供給する第２の電極板供給ユニット１１６とを含む。
【００２５】
ジグザグスタッキング方式で電極組立体２を組み立てる積層ユニット１１２の一例は特許文献３に開示されている。積層ユニット１１２は、これに限定されるものではない。ウェブ供給ユニット１１４、第１の電極板供給ユニット１１５および第２の電極板供給ユニット１１６の典型的なものは、ローラあるいはフィーダー４０により帯状の部材を挟んだり、板状の部材を搭載して所定の方向に移動させるものである。
【００２６】
組立ユニット１１０は、さらに、ウェブ供給ユニット１１４により供給される帯状のセパレータ２５、第１の電極板供給ユニット１１５により供給される正極板２１、および第２の電極板供給ユニット１１６により供給される負極板２２の両面にそれぞれ処理ガス（ダウンフロープラズマ）１６を吹き付ける複数のプラズマ処理ユニット１０を含む。
【００２７】
図３にプラズマ処理ユニット１０の一例を示している。このプラズマ処理ユニットは、処理対象物２０である正極板２１、負極板２２およびセパレータ２５の両面２０ａおよび２０ｂのそれぞれ（上面および下面、表面および裏面）に対向して配置されたリモート方式（ダウンストリーム方式、ダウンフロー方式）の常圧プラズマ発生装置（大気圧プラズマ発生装置）１１を含む。
【００２８】
それぞれのプラズマ発生装置１１は、対向した一対の電極１３および１４を含むリアクタ１５と、一方の電極１３に高周波の高電圧を印加する電源１２とを含み、他方の電極１４は接地されている。リアクタ１５は、プラズマ化されるキャリアガス１９が供給されるガス導入口１８と、対向電極１３および１４の間に加えられる高周波電界によりプラズマ化された成分を含むガス（処理ガス、ダウンフロープラズマ）１６を放出する吹出し口１７とを含む。キャリアガス１９をプラズマ化する一対の電極１３および１４は、誘電体３９で覆われている。誘電体３９は、プラズマ発生部において、ストリーマ放電を起こさず安定したプラズマを生成するように、比誘電率の高いもの、たとえば、一般的なセラミックスやガラスなどが用いられる。
【００２９】
電源１２により一対の電極１３および１４の間に形成される高周波電界３８は典型的には１〜５００ｋＶ／ｃｍ、周波数が１〜１５０ｋＨｚ程度の電界である。高周波電界３８の周波数が低すぎる場合には、プラズマの密度が低く、十分な効果を得ることができない。また、周波数が高すぎる場合には、アーク放電が発生しやすくなる。
【００３０】
キャリアガス１９は、窒素ガス、酸素ガス、水素ガス、あるいはヘリウム、ネオン、アルゴン等希ガスなどの単体、これらの組み合わせ、あるいはこれらのうち少なくとも１つを含む混合ガス等であり、二酸化炭素ガス、ハロゲンガス等を含んでいてもよい。典型的なキャリアガス１９は、空気（窒素８０％、酸素２０％）である。キャリアガス１９の組成を変えることより、対象物（被処理物）２０の表面処理の状態を変えることができる。キャリアガス１９は、常圧（大気圧）またはそれらより若干高い圧力でリアクタ１５に供給され、リアクタ１５からプラズマを含む処理ガス１６が放出される。
【００３１】
プラズマ処理ユニット１０は、プラズマ発生器１１から吹出される処理ガス１６に対象物２０を通過させて対象物２０の表面２０ａおよび２０ｂを処理する。その際、対象物２０と処理ガス１６とを高周波電界３８の外側、すなわち、高周波電界３８が対象物２０に影響を与える領域外で、処理ガス１６と対象物２０とを接触させる。ダウンフロー（ダウンストリーム）タイプの処理ガス１６により、プラナータイプのプラズマ処理装置と異なり、対象物２０がリアクタ１５の高電圧により直接的なダメージ、たとえば、アーク放電などによるダメージを受けることを防止できる。さらに、高周波電界３８が対象物２０に影響を与える領域外で対象物２０をプラズマ処理することにより、高周波電界３８により対象物２０に誘導される電圧（表面電圧）および電流によるダメージから対象物２０を保護できる。リアクタ１５の高周波電界３８の影響を避けるまたは抑制する１つの方法は、リアクタ１５と対象物２０との距離３７を確保することである。高周波電界３８の影響を避け、プラズマ処理の効果を得る距離３７は、０．５〜３０ｍｍの範囲である。この距離３７は、１．０〜２５ｍｍが好ましく、２．０〜１０ｍｍであることがさらに好ましく、３．０〜５．０ｍｍであることがいっそう好ましい。
【００３２】
リアクタ１５の高周波電界３８の影響を避けるまたは抑制する他の方法の１つは、リアクタ１５と対象物２０との間にシールド電極３６を配置して、高周波電界３８をリアクタ１５の側に閉じ込めることである。これにより、高周波電界３８による対象物２０のダメージを抑制でき、処理ガス１６によるプラズマ処理を促進できる。
【００３３】
図４に、リアクタ１５の高周波電界３８の影響を避けるまたは抑制するさらに異なる他の方法の１つを示している。リアクタ１５の電極１３および１４を対象物２０に対して傾けたり、平行に配置することにより高周波電界３８をリアクタ１５の側に閉じ込めることができる。したがって、高周波電界３８による対象物２０のダメージをさらに抑制でき、処理ガス１６によるプラズマ処理を促進できる。
【００３４】
プラズマ処理ユニット１０により対象物２０の表面２０ａおよび２０ｂを処理ガス１６でプラズマ処理することにより、表面２０ａおよび２０ｂおよびその近傍を改質できる。改質の１つの効果は濡れ性の向上であり、処理ガス１６に含まれるラジカル種により対象物２０の表面２０ａおよび２０ｂの疎水基の一部が切断（分子切断）され、親水基（親水性の官能基）に変化したり、親水基が形成されるためと考えられている。対象物２０の正極板２１および負極板２２は活物質および／またはバインダに疎水性の組成を多く含む。セパレータ２５も疎水性であることが多い。したがって、これらの対象物２０を用いて組み立てられた電極組立体２を、電池ケース５に収納した後、注液装置３００において電解液３を注入する際に、電極組立体２が電解液３と馴染むために要する時間が長く、注液時間が長くなる要因となっている。プラズマ処理によりこれらの対象物２０の表面を改質することにより、注液時間を短縮できる可能性がある。
【００３５】
なお、表面の改質により形成された親水性の官能基は、経時変化により空気中の水分などと再結合し親水性が低下するエージング効果があることが知られている。したがって、プラズマ処理による改質の効果を得るためには、プラズマ処理から注液を開始するまでの時間をできるだけ短縮することが好ましい。
【００３６】
また、プラズマ化された成分を含む処理ガス１６はラジカル種とともにイオン種も含むので、除電効果がある。したがって、積層ユニット１１２において対象物２０により電極組立体２を組み立てる際の静電気あるいは表面電位による影響を抑制できる。ダウンフロータイプのプラズマ（処理ガス）１６を対象物２０に吹き付けると、対象物２０は、シース電圧により数Ｖ程度の電圧ではあるがマイナスに帯電する可能性がある。シース電圧をさらに低減するためには、処理ガス１６中のイオンバランスを、シース電圧をキャンセル方向にシフトさせることも有効である。リアクタ１５に印加される高周波電圧をプラスまたはマイナス方向にシフト（非対称に）することや、キャリアガス１９の成分を調整することなどが考えられる。
【００３７】
さらに、ダウンフロータイプのプラズマ（処理ガス）１６を対象物２０に吹き付けることにより、接着力または密着力が向上するという報告もある。したがって、積層ユニット１１２において、対象物２０である、正極板２１と、負極板２２と、セパレータ２５とを交互に積層して電極組立体２を製造する際に、正極板２１、負極板２２、またはセパレータ２５の位置がずれたりして電極組立体２の性能が低下することを抑制できる。
【００３８】
図２に示した組立ユニット１１０においては、第１および第２の電極板供給ユニット１１５および１１６と、ウェブ供給ユニット１１４のそれぞれにプラズマ処理ユニット１０が設けられている。したがって、それぞれの供給ユニット１１４〜１１６により供給される正極板２１、負極板２２およびセパレータ２５は、積層ユニット１１２により組み立てられる直前にプラズマ処理ユニット１０によりプラズマ処理される。このため、正極板２１、負極板２２およびセパレータ２５の表面はプラズマ処理により改質され、また、プラズマ処理によるダメージは殆どない。したがって、プラズマ処理による改質効果が維持されている間に、注液ユニット３００により電解液３を注入することにより、注液時間および含浸時間を短縮できる。
【００３９】
また、それぞれの供給ユニット１１４〜１１６はローラ４０の回転スピードが調整できるようになっている。このため、正極板２１、負極板２２およびセパレータ２５がプラズマ処理ユニット１０をそれぞれ通過する時間（通過速度）を制御でき、正極板２１、負極板２２およびセパレータ２５のそれぞれの表面の改質度合いを、ダメージがなく、電解液３に対して濡れ性が高い状態で、エージングがあっても注液する際に改質による効果が得られるように適宜制御できる。
【００４０】
図２に示した二次電池製造システム１００の搬送ユニット４００は、所定のサイズに切断した正極板２１を組立ユニット１１０に搬送する第１の搬送ライン４０１と、所定のサイズに切断した負極板２２を組立ユニット１１０に搬送する第２の搬送ライン４０２とを含む。さらに、搬送ユニット４００は、それぞれの搬送ライン４０１および４０２に設けられたプラズマ処理ユニット１０を含む。プラズマ処理ユニット１０の構成は上記において説明したプラズマ処理ユニット１０と共通するので以下では説明を省略する。この二次電池製造システム１００においては、組立ユニット１１０に正極板２１および負極板２２を搬送する段階で、正極板２１および負極板２２を、上記と同様にプラズマ処理することが可能である。
【００４１】
このシステム１００においては、搬送ユニット４００および組立ユニット１１０の双方でプラズマ処理を行ってもよく、どちらか一方のユニットでプラズマ処理を行ってもよい。エージング効果を考慮すると、電極組立体２の最終工程に近い組立ユニット１１０においてプラズマ処理を行うことが望ましい。しかしながら、組立ユニット１１０は積層ユニット１１２のように機構が複雑になりやすく、プラズマ処理ユニット１０を設置できるエリアを確保しにくいことがある。そのようなシステムにおいては、搬送ユニット４００にプラズマ処理ユニット１０を設け、搬送中の対象物２０（正極板２１、負極板２２またはセパレータ２５）をプラズマ処理することは有効である。
【００４２】
図５に、搬送ユニット４００の第１の搬送ライン４０１で搬送される正極板２１を準備するプリパレーションユニット２１０の概略構成を示している。このプリパレーションユニット２１０は、帯状の正極板２１を圧延成形するロールプレスユニット２６０と、プレスされた帯状の正極板２１を所定のサイズに裁断する裁断ユニット２７０とを含む。さらに、プリパレーションユニット２１０は、圧延成形された帯状の正極板２１をプラズマ処理するプラズマ処理ユニット１０と、裁断された正極板２１をプラズマ処理するプラズマ処理ユニット１０とを含む。
【００４３】
ロールプレスユニット２６０は、芯材２１ａの一方の面または両面に活物質（正極活物質）２１ｂが塗布された状態のワーク２９を一対のプレスローラ（プレスロール）２６１および２６２で挟んで加圧し、活物質２１ｂの密度を高める。ロールプレスユニット２６０の下流で、裁断ユニット２７０の上流にプラズマ処理ユニット１０を配置することにより、帯状の正極板２１を連続してプラズマ処理することができる。このため、プラズマ処理ユニット１０から放出される処理ガス１６を効率よく正極板２１に作用させることができる。一方、裁断ユニット２７０の下流に配置されたプラズマ処理ユニット１０により、裁断後の面あるいはエッジを含めて正極板２１をプラズマ処理できる。
【００４４】
負極板２２を準備するプリパレーションユニット２２０も同様の構成を備えている。セパレータ２５を準備するプリパレーションユニット２５０は、本例においては、帯状のセパレータ２５が組立ユニット１１０で使用されるので、構成は異なる。プリパレーションユニット２５０は、帯状のセパレータ２５の幅が所定のサイズになるようにセパレータ２５を長手方向に沿って裁断する裁断ユニットを備えていてもよく、そのような裁断ユニットの上流および／または下流にプラズマ処理ユニット１０を設けてもよい。この二次電池製造システム１００においては、これらのプラズマ処理ユニット１０の全てを用いて正極板２１、負極板２２およびセパレータ２５をプラズマ処理してもよく、これらのプラズマ処理ユニット１０のいずれかを用いて正極板２１、負極板２２およびセパレータ２５をプラズマ処理してもよい。
【００４５】
図６に、組立ユニットの異なる例を示している。この組立ユニット１１０は、帯状の正極板２１と、帯状の負極板２２とを帯状のセパレータ２５を介して積層し、これらを巻回（捲回）して電極組立体２を製造する積層ユニット（積層機）１２０を含む。また、組立ユニット１１０は、帯状の正極板２１を積層ユニット１２０に供給する供給ユニット１２５と、帯状の負極板２２を積層ユニット１２０に供給する供給ユニット１２６と、帯状のセパレータ２５を積層ユニット１２０に供給する供給ユニット１１４と、それらの供給ユニット１２５、１２６および１１４にそれぞれ設けられたプラズマ処理ユニット１０とを含む。
【００４６】
したがって、この組立ユニット１１０を備えた二次電池製造システム１００においても、組立ユニット１１０により、プラズマ処理された正極板２１、負極板２２およびセパレータ２５を含む電極組立体２を得ることができ、注液ユニット３００における電解液３の注液時間および含浸時間を短縮できる。
【００４７】
図７に、組立ユニットのさらに異なる例を示している。この組立ユニット１１０は、所定のサイズにカットされた正極板２１と、所定のサイズにカットされた負極板２２とを、所定のサイズにカットされたセパレータ２５を挟んで交互に積層し、複数の正極板２１、負極板２２およびセパレータ２５からなる電極組立体２を製造する積層ユニット（積層機）１３０を含む。また、組立ユニット１１０は、カットされた正極板２１をハンドリングユニット４５により吸着したり挟んだりして個々に積層ユニット１３０に供給する供給ユニット１３５と、カットされた負極板２２をハンドリングユニット４５により供給する供給ユニット１３６と、カットされたセパレータ２５をハンドリングユニット４５により供給する供給ユニット１３４と、それらの供給ユニット１３５、１３６および１３４のハンドリングユニット４５により搬送されている対象物２０（正極板２１、負極板２２およびセパレータ２５）の裏面に処理ガス１６を吹き付けるプラズマ処理ユニット１０とを含む。
【００４８】
したがって、この組立ユニット１１０を備えた二次電池製造システム１００においても、組立ユニット１１０により、プラズマ処理された正極板２１、負極板２２およびセパレータ２５を含む電極組立体２を得ることができ、注液ユニット３００における電解液３の注液時間および含浸時間を短縮できる。
【００４９】
このように、二次電池製造システム１００により二次電池を製造する過程は、組立ユニット１１０により正極板２１と負極板２２とを、セパレータ２５を介して相互に重なり合うように積層させて二次電池用の電極組立体２を組み立てる工程を含む。二次電池を製造する過程は、さらに、正極板２１、負極板２２、およびセパレータ２５を積層する前に、プラズマ処理ユニット１０により、正極板２１、負極板２２およびセパレータ２５の少なくともいずれかを対象物２０として、高周波電界３８の外で、対象物２０をプラズマ処理する工程を含む。このため、電極組立体２を組み立てた後、注液ユニット３００において、電極組立体２を電池ケース５に入れて電解液３を注入する工程においては、注液時間および／または含浸時間の短縮を図ることができる。
【００５０】
上記において説明した二次電池製造システム１００は、幾つかの例に過ぎず、たとえば、組立ユニット１１０はジグザグスタッキング方式と同様に帯状のセパレータと、カットされた電極板とを用い、帯状のセパレータを巻回して電極組立体を組み立てるものなどであってもよい。また、プラズマ処理ユニット１０においては、対象物２０の両面に同時に処理ガス１６を吹き付けてもよく、対象物２０の一方の面に処理ガス１６を吹き付けてもよく、対象物２０の両面に時間を空けて、または、異なる位置で処理ガス１６を吹き付けてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
２  電極組立体、  ３  電解液、  ５  電池ケース
１０  プラズマ処理ユニット
１００  二次電池製造システム、  １１０  組立ユニット
【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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