(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側が所要形状・寸法よりも大きく設定され開口された外装フィルム体内に電池要素を装着・内蔵し、前記電池要素の電極端子を前記外装フィルム体の他端側に導出して前記外装フィルム体の他端側を封止する工程と、
前記外装フィルム体の開口部側の、前記内蔵・装着した電池要素に隣接する領域を一部残して溶着封止する工程と、
前記外装フィルム体の先端側開口を電解液注入口として、電池要素側に定量ポンプを介して常圧状態において電解液を注入する工程と、
電解液が注入された前記外装フィルム体が設置された空間を常圧状態から減圧状態とし、電解液を前記電池要素に含浸させる工程と、
電解液を含浸した前記電池要素を装着・内蔵する前記外装フィルム体が設置された空間を減圧状態から常圧状態とし、前記電池要素に隣接する領域に残された非溶着封止部を溶着封止する工程と
を有することを特徴とする薄型電池の製造方法。
【請求項２】
外装フィルム体内に互いに区画分離して複数個の電池要素が内蔵・装着されており、溶着封止後に切断分離することを特徴とする請求項１記載の薄型電池の製造方法。
【請求項３】
電池要素側に電解液を注入する外装フィルム体の先端側開口がロート状に加工されていることを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の薄型電池の製造方法。
【請求項４】
前記外装フィルム体が金属層の両面に樹脂層を設けたラミネートフィルムであることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一記載の薄型電池の製造方法。
【請求項５】
前記外装フィルム体の被封止領域には熱融着性樹脂層が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一記載の薄型電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄型電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば非水溶媒型電池などの二次電池は、携帯型電話機、ビデオカメラなどの電源として、広く実用に供されている。また、電源用電池においては、前記機器類の小形化や高性能化に伴って、小形、軽量化、高電圧化、高容量化などが求められている。このような要求に対応して、たとえば厚さ 1mm程度のポリマー電池が知られている（特開平3-230474号公報，特開平3-225765号公報など）。
【０００３】
図３は、電池の要部構成を断面的に示すもので、電池要素１は、相対するシート状正極1aおよびシート状負極1bと、これら両電極1a，1b間に気密に介挿・配置されたシート状の電解質系1cと、前記電極1a，1bにそれぞれ電気的に接する図示を省略した集電体シートと、前記正極1aおよび負極1bの集電体（図示省略）から離隔して正極端子1a′および負極端子1b′が外装フィルム体２から延出（導出）されている。
【０００４】
そして、この種の薄型電池は、一般的に、次のようにして製造されている。すなわち、所定量の電解液を電池要素に充填・含浸させておき、この電池要素を一端が開口した外装フィルム体（外装被覆体・袋体）内に、位置決めして収容・装着（封装）する。その後、前記外装フィルム体開口部を熱融着（溶着）し、気密に封止した構成の薄型電池を製造している。
【０００５】
図４は、前記電池要素１に電解液を充填・含浸（注入）する操作を模式的に示したもので、電解液３を収容した電解液槽４内に、電池要素１を浸漬することにより、電解液を充填・含浸させている。ここで、電池要素１に対する電解液の充填（注入）・含浸量は、電池要素１の浸漬時間により決まるので、浸漬時間の選択・制御によって、所定量の電解液充填（注入）・含浸を行っている。
【０００６】
上記薄型電池の製造に当たり、電池要素を挟んで外装フィルムを二つ折りに折り曲げ、両側の対接する端縁部同士を溶融着・封止して、外装フィルム体化する方法もある。また、電池要素については、筒状に捲回形成した巻装体を押圧して平板状化させる場合もある。
【０００７】
なお、前記シート状正極1aは、リチウムイオンを吸蔵・放出するリチウム含有金属酸化物（たとえばリチウムマンガン複合酸化物、リチウム含有コバルト酸化物）や二酸化マンガンなどを主成分として形成されている。また、シート状負極1bは、リチウム金属やリチウムを吸蔵・放出する炭素質材およびリチウム合金系などで形成されており、さらに、ポリマー電解質系1cは、ポリプロピレン不織布などからなるセパレータ基材に、リチウム塩などのエチレンカーボネート溶液…非水電解液を含浸ないし担持した構成と成っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記薄型電池の製造方法の場合は、製品の品質、量産性などの点で不都合が認められる。すなわち、上記薄型電池の製造工程においては、電池要素１を電解液３中に一定の時間浸漬し、電池要素１に対する電解液の含浸・充填を行っている。
【０００９】
しかし、電池要素１自体に構成・品質上のバラツキがあるため、一定時間、電解液３中に浸漬しても電解液の含浸・充填量にバラツキが認められ、薄型電池の品質および性能面で問題がある。また、前記電池要素１を一定時間、電解液３中に浸漬して電解液を含浸・充填する操作は、生産性ないし効率面で問題があるだけでなく、電解液槽４内に収容されている電解液３の汚損、変性などを招来する恐れもある。
【００１０】
こうした問題の発生を解消するため、外装フィルム体２内に電池要素１を封装（内蔵・装着）した後に、電解液の注入・含浸を複数回繰り返す方式も試みられている。しかし、複数回に分けての電解液注入操作は、結果的に、電解液注入に要する時間の増大化となり、注入電解液成分の揮発や、電解液注入量の精度が損なわれ易い（分けた電解液の注入による注入量誤差の累積）などの問題を提起し、十分な解決策とはならない。
【００１１】
本発明は、上記事情に対処してなされたもので、小形、軽量化などを図るだけでなく、信頼性の高い薄型電池の量産的な製造方法の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、一端側が所要形状・寸法よりも大きく設定され開口された外装フィルム体内に電池要素を装着・内蔵し、前記電池要素の電極端子を前記外装フィルム体の他端側に導出して前記外装フィルム体の他端側を封止する工程と、前記外装フィルム体の開口部側の、前記内蔵・装着した電池要素に隣接する領域を一部残して溶着封止する工程と、前記外装フィルム体の先端側開口を電解液注入口として、電池要素側に定量ポンプを介して常圧状態において電解液を注入する工程と、電解液が注入された前記外装フィルム体が設置された空間を常圧状態から減圧状態とし、電解液を前記電池要素に含浸させる工程と、電解液を含浸した前記電池要素を装着・内蔵する前記外装フィルム体が設置された空間を減圧状態から常圧状態とし、前記電池要素に隣接する領域に残された非溶着封止部を溶着封止する工程とを有することを特徴とする薄型電池の製造方法である。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１記載の薄型電池の製造方法において、外装フィルム体内に互いに区画分離して複数個の電池要素が内蔵・装着されており、溶着封止後に切断分離することを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１もしくは請求項２記載の薄型電池の製造方法において、電池要素側に電解液を注入する外装フィルム体の先端側開口がロート状に加工されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３いずれか一記載の薄型電池の製造方法において、外装フィルム体が金属層の両面に樹脂層を設けたラミネートフィルムであることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４いずれか一記載の薄型電池の製造方法において、外装フィルム体の被封止領域には熱融着性樹脂層が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１ないし請求項５の発明は、(a) 内蔵・装着する電池要素に対して、一端が開口する外装フィルム体の開口部側を長めに設定すること、(b) 内蔵・装着した電池要素に隣接する領域（部分）の一部を残して溶着封止すること、(c) 前記長めに設定した開口部側を電解液注入口として、定量ポンプで常圧状態において電解液を電池要素に充填すること、(d) 電解液の充填後に真空ないし減圧下で含浸してから、常圧状態において電池要素に隣接する領域（部分）に残されていた非溶着封止部を溶着封止すること、(e) 全体的な溶着封止後に、外層フィルム体を所定の形状・寸法の領域部で切断することを骨子とする。
【００１８】
すなわち、薄型電池の製造工程において、最終段階で封止・切断する領域より、外装フィルム体内への電解液注入口となる開口部側を延設させた構成とし、この延設させた外装フィルム体領域を電解液注入口（漏斗）部として利用する一方、定量ポンプによって電解液を注入してから、減圧状態の下で含浸させることにより、高精度に、一定量の電解液を注入できるようにしたものである。
【００１９】
請求項１ないし請求項５の発明において、電池要素は、電池用のセパレータを兼ねたシート状電解質を介挿したシート状正極およびシート状負極の積層形、あるいは前記セパレータを兼ねたシート状電解質を介挿したシート状正極およびシート状負極の捲回・巻装体を圧延した板状体が挙げられる。
【００２０】
すなわち、金属酸化物などの活物質、非水電解液および電解質保持性ポリマを含む正極を集電体に積層して成るシート正極と、リチウムイオンを吸蔵、放出する活物質、非水電解液および電解質保持性ポリマを含む負極を集電体に積層して成るシート状負極と、セパレーターの機能をする電解質保持のポリマ−電解質系（たとえばヘキサフロロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体などのポリマーおよびリチウム塩などのエチレンカーボネート溶液…非水電解液…との系）とを素材として成るものである。
【００２１】
ここで、シート状正極の活物質としては、たとえばリチウムマンガン複合酸化物、二酸化マンガン、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、リチウムを含む非晶質五酸化バナジウム、カルコゲン化合物などが挙げられる。また、負極活物質としては、たとえばビスフェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルローズなどの焼成物、コークスやピッチの焼成物が挙げられ、これらは天然もしくは人口グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ニッケル粉末、ニッケル粉末などを含有した形態を採ってもよい。
【００２２】
さらに、ポリマー電解質系は、たとえばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの非水溶媒に、過塩素酸リチウム、六フッ化リン酸リチウム、ホウ四フッ化リチウム、六フッ化ヒ素リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウムなどを 0.2〜 2mol/ l程度に溶解させたものが挙げられる。
【００２３】
また、シート状正極の集電体としては、たとえばアルミニウム箔、アルミニウムメッシュ、アルミニウム製エキスバンドメタル、アルミニウム製パンチメタルなどが挙げられ、シート状負極の集電体としては、銅箔、銅メッシュ、銅製エキスバンドメタル、銅製パンチメタルなどが挙げられる。
【００２４】
請求項１ないし請求項５の発明において、電池要素を封装する外装フィルム体は、一端が開口し、かつ少なくとも封止・融着部が熱融着性の樹脂で形成された袋状体などである。つまり、シート状（板状）の電池要素の各電極端子を封止・導出し、かつ封装できる幅および長さを有する一端開口形であるとともに、その長さが開口部方向に通常の場合よりも長く設定されている。
【００２５】
また、この外装フィルム体は、予め、袋状体に形成しておいてもよいが、外装フィルムを２つ折りにし、その間に電極端子を導出させながら電池要素を挟み込み、外装フィルム体の両側対接面同士を熱融着などし、組み立て過程で袋状体化してもよい。しかし、いずれの場合も、電池要素を内蔵・装着状態に配置した後、電池要素に隣接する外装フィルム体の開口側領域（部分）の一部を残して（電池要素側への電解液注入口となる）、外装フィルム体を一次的に溶着封止する必要がある。
【００２６】
なお、外装フィルム体を形成するフイルムとしては、たとえばポリイミド樹脂フィルム、ポリプロピレン樹脂フィルム、耐湿性などを考慮して金属層の両面側に樹脂層を設けて成るラミネート型などが挙げられる。そして、これらのフィルムを素材としての外装フィルム体化、あるいは電解液注入後の外装フィルム体の融着・封止に当たっては、相互が対接して封止する面に熱溶融型の接着剤層を介在させるか、あるいは少なくとも相互が対接して封止する面を、予め熱溶融型の樹脂層としたフィルムの使用が望ましい。
【００２７】
請求項１ないし請求項５の発明では、ポリマー電池の製造工程で、所定量の電解液を容易、かつ精度よく定量注入・減圧含浸できるので、高品質の電池を歩留まりよく製造できる。すなわち、外装フィルム体の一部を電解液の注入溜まり的に利用し、所定量の電解液を定量ポンプ供給する一方、電解液の含浸系が減圧  （真空）状態に維持される。したがって、電池要素など電解液の注入・充填後の含浸は、減圧含浸処理で短時間内に、かつ容易に行われるため、良好な生産性が維持されるとともに、電解液の一定量注入が可能となり、高品質の薄型電池が提供される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図１(a) ，(b) および図２(a) ，(b) を参照して実施例を説明する。
【００２９】
実施例１
図１(a) ，(b) は、この実施例の実施態様を模式的に示す分解斜視図である。両端が開口した所要寸法よりも長めの外装フィルム体５を用意し、一端側に電池要素６の電極端子6a，6bを導出・封止して、外装フィルム体５内に電池要素６を装着・配置する。次いで、外装フィルム体５の他端開口側で、前記装着・配置した電池要素６に隣接する領域（部分）を、一部分を残して溶着させ、外装フィルム体５内に電池要素６を一次的に内蔵・装着させて、図１(a) に示すような構造体７を作製する。
【００３０】
ここで、外装フィルム体５は、たとばアルミニウム箔の両面（両主面）に、ポリエチレンテレフタレート樹脂層、さらに、このポリエチレンテレフタレート樹脂層の一方の面に熱融着性の樹脂層（たとえばプリプロピレン樹脂層）が設けられたラミネートフィルム製である。そして、この外装フィルム体５は、前記熱融着性の樹脂層を対向させて、電池要素６を挟むように積層し、電解液注入口を成す一端部を開口5aして、開口5a側で電池要素６に隣接する領域の一部および他の端縁部5bを熱融着で封止し形成されている。
【００３１】
なお、前記電池要素６は、相対するシート状正極およびシート状負極と、これら両電極間に気密に介挿・配置されたシート状の電解質系と、前記シート状の両電極にそれぞれ電気的に接する集電体シートと、前記シート状の正極および負極の集電体から離隔して，対応する電極端子6a，6bが外装フィルム体３から気密に封止・延出（導出）されている。
【００３２】
その後、図１(b) に示すように、前記構造体７を対応するキャリア治具８に、外装フィルム体５の開口5a側を上方として装着し、所要の電解液を反復的ないし間欠的に吐出・注入する定量ポンプ９の吐出口9aに対向させて配置する。この状態で、構造体７内に内装された電池要素６に対して、定量ポンプ９による電解液の注入・充填が行われる。
【００３３】
前記電解液の定量を注入・充填後、前記構造体７をキャリア治具８に装着したまま、図示を省略した真空排気系に切り替え可能に連接する真空チャンバー内に移し、真空チャンバー内を排気して減圧下で、前記注入・充填下電解液を電池要素６に含浸させる。
【００３４】
すなわち、一端側に電池要素６を半溶着封止型に内蔵・装着する外装フィルム体５の開口5aに対し、定量ポンプ９の吐出口9aから、所定量の電解液を吐出注入する。その後、電池要素６に対する電解液の注入・充填後、常圧状態にある真空チャンバー内に、キャリア治具８に装着された構造体７を配置する。次いで、真空排気系を駆動させて、常圧状態にある真空チャンバー内およびキャリア治具８に装着された構造体７の減圧・排気を行う。そして、真空チャンバー内が一定の減圧（たとえば 2torr程度の真空度）達した状態に維持して、前記電池要素６に対する注入・充填した電解液の含浸を進める。
【００３５】
上記のように、電解液の吐出注入後において、常圧から減圧状態への切り替えられるため、構造体７内、特に、電池要素に残存含有されている気泡などが除去される。一方、電解液の減圧含浸が終了し、真空チャンバー11内が常圧に切り替えられると、その分、圧力が加わることになるので、前記脱泡性と相俟って、電池要素に対して電解液は、緻密に含浸されることになる。
【００３６】
このようにして、所定量の電解液を注入・含浸させた後、前記内蔵・装着した電池要素６に隣接した非溶着部、換言すると融外装フィルム体５の開口5a側で、電池要素６に対する電解液注入口として、一部を溶着させずに残しておいて部分をを熱溶着により封止する。その後、前記電池要素６に隣接した領域を熱溶着により気密に封止した外装フィルム体６の領域を残した状態で、切断・分離することにより、所定寸法・形状ないし規格の薄型電池が得られる。
【００３７】
実施例２
図２(a) ，(b) は、この実施例の実施態様を模式的に示す分解斜視図である。
先ず、図２(a) に斜視的に示すような、薄型電池のシート状集合体12を作製した。すなわち、所要寸法よりも長めの外装フィルム５′を２枚用意し、一端側に導出する電極端子6a，6bに対応する領域を開口5bさせ、この２枚の外装フィルム５′の間に、複数個の電池要素６を整列的に配置し挟み、各電池要素６ごとに区画し対向する外装フィルム５′面同士を熱溶着させて、電池要素６を内蔵・装着したシート状集合体10を作製した。
【００３８】
ここで、シート状集合体10における電池要素６ごとの区画は、電極端子6a，6bの導出部辺、その他電池要素６に隣接する両側辺5cを含む周縁部、および電極端子6a，6bの導出辺と反対側で電池要素６に隣接する辺（領域）5dが一部を残して外装フィルム５′面同士が熱溶着されている。また、一部が非熱溶着である辺5dに対向する先端側辺5eとで形成する部分では、一部に切開5fされて、電解液注入口となるようにしてある。
【００３９】
さらに、外装フィルム体５′は、たとばアルミニウム箔の両面（両主面）に、ポリエチレンテレフタレート樹脂層、さらに、このポリエチレンテレフタレート樹脂層の一方の面に熱融着性の樹脂層（たとえばプリプロピレン樹脂層）が設けられたラミネートフィルム製である。
【００４０】
次に、平坦面付きキャリア治具８′の平坦面に、上記電解液注入口5fを上向きとしてシート状集合体10を、平坦面付きキャリア治具８′の平坦面に載置・固定して、真空チャンバー11内にセットする。ここで、真空チャンバー11は、電解液を定量吐出できる定量ポンプ９および常圧切り替え可能な真空排気系12を有するものである。
【００４１】
この実施例の場合は、真空チャンバー11内において、それぞれ区画されて内蔵・装着された電池要素６ごとに、電解液定量ポンプ９ないし電解液吐出口9aを外装フィルム′の切開（電解液注入口）5fに対応して配置されている。なお、この場合において、電解液定量ポンプ９ないし電解液吐出口9aを移動操作可能型とし、または平坦面付きキャリア治具８′をＸ，Ｙ移動操作型として、１台の電解液定量ポンプ９ないし電解液吐出口9aとすることもできる。
【００４２】
そして、実施例１の場合に準じて、所要の電解液の注入（充填）、減圧含浸の手順ないし操作、電池要素６に対する電解液注入口として一部を溶着させずに残しておいて部分の熱溶着・封止、前記電池要素６に隣接した領域を熱溶着により気密に封止した外装フィルム体５′の領域を残した状態で切断・分離することにより、所定寸法・形状ないし規格の薄型電池が得られる。
【００４３】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものどなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、いろいろの変形を採ることができる。たとえば、外装フィルム体ないし外装フィルムの構成素材を他の素材に変えてもよいし、また、外装フィルム体ないし外装フィルムのは、電池要素の組み込み工程で、外装フィルムを折り重ね熱融着もしくは接着剤の接着作用などで形成してもよい。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項５の発明によれば、一定量の電解液を精度よく、注入・含浸できるので、高品質の薄型電池を歩留まりよく提供できる。すなわち、外装フィルム体を長尺に設定しておき、その一部を電解液の一次溜まりないし漏斗に利用した注入・充填、減圧・加圧の作用が加わって含浸・充填するため、容易、かつ確実に一定量の電解液が注入・充填される。しかも、この電解液の注入・充填の工程において、たとえば注入用漏斗の着脱などの操作が省略されるとともに、電解液の浪費ないし漏れなどもない。したがって、低コストで、歩留まりよく高品質な薄型電池の提供に大きく寄与する。
【００４５】
特に、請求項２の発明では、同時に、多数個の電池要素に対する電解液の充填・含浸を行えるので、生産性の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施態様を模式的に示すもので、(a) は外装フィルム体内に電池要素を内蔵・装着した状態を示す斜視図、(b) は電解液の注入状態を示す斜視図。
【図２】第２の実施態様を模式的に示すもので、(a) は外装フィルム体内に複数個の電池要素を内蔵・装着したシート状集合体を示す斜視図、(b) は電解液の注入状態を示す斜視図。
【図３】ポリマー電池の要部構成を示す断面図。
【図４】従来の薄型電池用の電極要素に対する電解液の充填・含浸操作の状態を模式的に示す斜視図。
【符号の説明】
５，５′……外装フィルム
5a……開口（電解液注入口）
5b……端子用開口
5c……両側辺
5d……一部が非溶着である辺
5e……先端辺
5f……切開（電解液注入口）
６……電池要素
6a，6b……電極端子
７……構造体（１個の電池要素内蔵型）
８，８′……キャリア治具
９……定量ポンプ
9a……吐出口
10……シート状集合体（電池要素内蔵型を複数個配置）
11……真空（減圧）チャンバー
12……真空排気系（真空ポンプ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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