JP2006127824A

JP2006127824A - 二次電池の製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JP2006127824A
Application number: JP2004312011A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Hashimoto; 一行橋本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】製造効率を向上し得る二次電池の製造装置及び製造方法を提案する。
【解決手段】巻回電極体を加熱及び加圧する二次電池の製造装置において、電流の供給により磁力線を発生する誘導コイル１４に電流を供給し、発生した磁力線を電極体収納ケース１０に通過させて渦電流を発生させて、電極体収納ケース１０を構成する外装ケース及び巻回電極体を加熱すると共に、電極体収納ケース１０を断面が弓なりに膨らんだ押圧面を有する揺動ブロック２０によって揺動加圧することで製造効率を向上する。
【選択図】図３

Description

この発明は、二次電池の製造装置及び製造方法に関し、特に、外装ケースに収納された巻回電極体の加熱及び加圧を行う二次電池の製造装置及び製造方法に関する。

近年、種々の電子機器の飛躍的進歩に伴って、繰り返し充放電を行うことにより長期に亘って電子機器の電源として使用可能な二次電池の研究が進められている。特に、非水系ゲル電解質二次電池は、電池形状の自由度が高く、液漏れの問題がないことなどから、様々な電子機器への利用が期待されている。

非水系ゲル電解質二次電池は、正極集電体上に正極合剤層が形成された正極と、負極集電体上に負極合剤層が形成された負極とを備えており、高分子電解質からなるゲル電解質層が正極合剤層上と負極合剤層上とにそれぞれ形成され、これらのゲル電解質層がセパレータを介して対向配置された構造となっている。

非水系ゲル電解質二次電池は、通常、これら正極、負極、ゲル電解質層及びセパレータによって構成される電極体を巻回して巻回電極体を形成し、当該巻回電極体をアルミラミネートフィルム等からなる外装ケースに収納した構造を有している。非水系ゲル電解質二次電池は、このように巻回電極体構造とすることで、電池反応の生じる面積を大きく確保して大電流を得ることができる。

下記の特許文献１には、二次電池の巻回電極体を加熱及び加圧することで、小型化できると共に放電容量を十分に高めることができる電池の製造方法が記載されている。

特開２００１−２８３９１５号公報

このように、巻回電極体構造の二次電池は、巻回電極体を加圧することで、ゲル電解質層と正極合剤層及び負極合剤層との間の密着性が高まり、放電容量を向上させることができる。依って、例えば、巻回電極体構造の非水系ゲル電解質二次電池は、通常、製造工程の最終段階において、外装ケースに収納された巻回電極体を加熱及び加圧して電池の特性を向上させている。

ここで、図７を参照して、外装ケースに収納された巻回電極体に対する従来の加熱及び加圧装置の一例について説明する。非水系ゲル電解質二次電池の製造手順においては、ヒートプレス装置１００を用い、所定温度（例えば５０〜１５０度）に加熱した台座１０１の上面のヒータブロック１０２に、巻回電極体が収納された外装ケース（以下、適宜、電極体収納ケースと称する）１０３の一方の幅広側面１０３ａを当接させて載上する。

この状態で、非水系ゲル電解質二次電池の製造手順においては、ヒートプレス装置１００のプレスシリンダ１０６によって、台座１０１と同様の所定温度に加熱した加圧ヘッド１０４の下面のヒータブロック１０５を、電極体収納ケース１０３の他方の幅広側面１０３ｂに押しつけ、当該電極体収納ケース１０３を、その一対の対向する幅広側面１０３ａ及び１０３ｂ方向（以下、これを厚み方向と呼ぶ）から所定圧力（例えば１０〜３０ｋｇｆ／ｃｍ²）で加圧しながら所定時間（例えば６０〜２００秒）加熱する。

これにより、非水系ゲル電解質二次電池の製造手順においては、電極体収納ケース１０３に加えた熱により、負極及び正極と第１及び第２セパレータとに含浸している液状の混合電解質を熱重合して、ゲル状のゲル電解質に変化させると共に、当該電極体収納ケース１０３に加えた圧力により、偏平巻回電極体の隣接する負極、第１のセパレータ、正極、第２のセパレータ相互のゲル電解質を密着させる。

このようにして、非水系ゲル電解質二次電池の製造手順においては、正極から負極へのリチウムイオンの受け渡しをゲル電解質により適確に行い得る非水系ゲル電解質二次電池を製造することができる。

しかしながら、この非水系ゲル電解質二次電池の製造手順におけるヒートプレス装置１００において所定温度（例えば５０〜１５０度）に加圧した台座１０１および加圧ヘッド１０４により電極体収納ケース１０３を厚み方向に所定圧力（例えば１０〜３０ｋｇｆ／ｃｍ²）で加圧するのに要する所定時間は、上述したように、例えば６０〜２００秒と長く、ヒートプレス装置１００による加熱及び加圧処理は、他の二次電池の製造設備と比較して著しく長い処理時間を必要とする。

このため、巻回電極体構造の二次電池の製造ラインとして、タクトバランスを合わせるためには、複数のヒータプレート群を並列に並べたものを複数列配置して、電極体収納ケース１０３を立体的な配置で載上する必要があり、巻回電極体を加熱及び加圧する二次電池の製造効率を容易に向上し難いという問題点があった。

また、複数のヒータプレート群を並列に並べたものを複数列配置し、立体的にすることで、ヒータプレートの温度制御機能としてもそれぞれ個別に必要となり、さらに、この二次電池の製造を自動化ラインとした場合には、電極体収納ケース１０３を供給及び排出する機能についても自動搬送装置を構成する必要があり、設備投資も大幅に嵩んでしまうという問題点があった。

以上の問題点を解決するために、この発明の目的は、製造効率を向上し得る二次電池の製造装置及び製造方法を提案するものである。

上記目的を達成するために、第１の発明は、巻回電極体を加熱及び加圧する二次電池の製造装置において、電流の供給により磁力線を発生する誘導コイルと、巻回電極体が収納された外装ケースに誘導コイルから発生される磁力線を通過させて渦電流を発生させ、外装ケース及び巻回電極体を加熱する加熱手段と、外装ケース及び巻回電極体を加圧する加圧手段とを有することを特徴とする二次電池の製造装置である。

第２の発明は、巻回電極体を加熱及び加圧する二次電池の製造方法において、電流の供給により磁力線を発生する誘導コイルに電流を供給し、発生した磁力線を巻回電極体が収納された外装ケースに通過させて渦電流を発生させて、外装ケース及び巻回電極体を加熱するステップと、外装ケース及び巻回電極体を加圧するステップとを有することを特徴とする二次電池の製造方法である。

この発明によれば、誘導コイルから発生される磁力線を、巻回電極体が収納された外装ケースに通過させて渦電流を発生させ、外装ケース及び巻回電極体を電磁誘導加熱により加熱することで、外装ケース及び巻回電極体が所定温度に到達するまでに要する時間を短縮することができる。例えば、従来、外装ケース及び巻回電極体の温度を５０〜１５０度に到達すまでに、６０〜９０秒要していた時間が、この電磁誘導加熱の利用により、３〜４秒間で外装ケース及び巻回電極体の温度をこの所定温度付近に到達することができる。依って、外装ケース及び巻回電極体の加熱及び加圧を短時間で行うことができ、製造効率を向上することができる。

また、外装ケース及び巻回電極体への加圧を揺動ブロックによる揺動加圧とすることで、短時間で均一な電解質の密着及び形成が達成でき、正極から負極へのリチウムイオンの受け渡しを電解質により適確に行い得る二次電池を短期間で製造することができる。

従来、製造ラインとしてタクトバランスを合わせるために複数のヒータプレート群を並列に並べたものを複数列配置して、外装ケースに収納された巻回電極体を立体的な配置で載上していたものを大幅に削減することができ、設備投資的にも活スペース的にも改善を図れると共に、電池の製造効率の向上が図れるという効果を奏する。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１及び図２を参照して、この発明の一実施形態を適用可能な二次電池の一例について説明する。

偏平形状の非水系ゲル電解質二次電池１は、負極リード２が溶接された帯状の負極と、正極リード３が溶接された帯状の正極とを、例えば帯状の微多孔性ポリプロピレンフィルムからなる２枚のセパレータを介して互いに隔離した状態で巻回して形成された偏平状の巻回電極体（以下、偏平巻回電極体と称する）５を有している。

そして、非水系ゲル電解質二次電池１は、例えばポリエチレンテフレート、アルミニウム膜及び無延伸ポリプロピレンの３層構造で袋状に形成されたラミネートフィルムからなる外装ケース４内に、偏平巻回電極体５が収納され、当該外装ケース４の開口部が、負極リード２及び正極リード３を外部に突出させた状態で封止された構成とされている。

ここで、非水系ゲル電解質二次電池１に用いられる偏平巻回電極体５の負極は、帯状の銅箔等からなる負極用集電体の両面に負極用活物質を被膜状に塗布して形成される。なお、負極用活物質としては、例えば、リチウムやリチウムイオン合金、炭素素材等のリチウムイオンをドープ及び脱ドープ可能な物質が用いられる。

また、偏平巻回電極体５の正極は、帯状のアルミニウム箔等からなる正極用集電体の両面に正極用活物質を被膜状に塗布して形成される。なお、当該正極用活物質としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物等のリチウム複合酸化物が用いられる。

さらに、非水系ゲル電解質二次電池１は、ポリアクリロニトリル等からなるゲル状のゲル電解質が負極及び正極の両面に塗布されて負極用活物質及び正極用活物質に含浸されると共に、当該ゲルが第１及び第２のセパレータにも塗布されて含浸される。

これにより、非水系ゲル電解質二次電池１は、負極用活物質と正極用活物質とをゲル電解質を介して反応させ、この結果得られる比較的高い電池電圧を、負極リード２及び正極リード３を介して外部に出力し得るようになされている。

そして、非水系ゲル電解質二次電池１は、これら負極活物質と正極活物質との反応にリチウムイオンを利用することにより比較的高いエネルギー密度を有し、充放電のサイクル特性にも優れている等の多数の利点を有している。

また、非水系ゲル電解質二次電池１は、液状の電解質を用いる二次電池に比べて、ゲル電解質が用いられることにより、外装ケース４を、電池容器として液漏れ対策用の構造を簡易化した比較的軽いものとすることができ、この結果、非水系ゲル電解質二次電池１全体を小型及び軽薄化し得るようになされている。

従って、かかる非水系ゲル電解質二次電池１は、ノートブック型のパーソナルコンピュータや携帯電話機等の携帯型電子機器のように、近年、小型軽薄化され多機能化により消費電力量も増加する傾向にある各種電子機器に広く使用することができる。

かかる構成の非水系ゲル電解質二次電池１は、例えば、以下に示す手順に従って製造される。すなわち、非水系ゲル電解質二次電池１の製造手順においては、まず、負極及び正極と第１及び第２セパレータとの両面にそれぞれゲル電解質の元となる液状の混合電解質を含浸し、この状態で負極、第１のセパレータ、正極、第２のセパレータの順に重ねながら当該負極を内側にして巻回することにより偏平巻回電極体５の元になる楕円形状の巻回電極体を形成する。

次いで、非水系ゲル電解質二次電池１の製造手順においては、楕円形状の巻回電極をその径方向から押しつぶして偏平巻回電極体５を形成し、当該形成した偏平巻回電極体５を外装ケース４内に収納する。

続いて、非水系ゲル電解質二次電池１の製造手順においては、偏平巻回電極体５を収納した外装ケース４の開口部から負極リード２及び正極リード３を外部に突出させて当該外装ケース４内を真空に引き、その状態で外装ケース４の開口部を封止することにより、非水系ゲル電解質二次電池１の元になる電極体収納ケースを形成する。

非水系ゲル電解質二次電池１は、このようにして得られた電極体収納ケースをヒートプレス装置で加熱及び加圧することで、電池特性を向上して形成される。この発明の一実施形態では、従来、ヒートプレス装置の上下に配置された台座に非水系ゲル電解質二次電池１の元になる電極体収納ケースを挟み込み、熱伝導により電極体収納ケースを加熱及び加圧していたものを、電磁誘導を利用して加熱し、加圧を行う。

すなわち、非水系ゲル電解質二次電池１は、上述したように、負極に帯状の銅箔等からなる負極用集電体を有し、正極に帯状のアルミニウム箔等からなる正極用集電体を有している。また、非水系ゲル電解質二次電池１は、導電性の物質が均一に巻回されて偏平巻回電極体５を形成している。さらに、偏平巻回電極体５は、例えばポリエチレンテフレート、アルミニウム膜及び無延伸ポリプロピレンの３層構造で袋状に形成されたラミネートフィルムからなる外装ケース４内に収納されている。

電極体収納ケースがこれら導電体を有することを利用して、一実施形態では、誘導コイルに高周波電流を供給して磁力線を発生させ、発生した磁力線を、電極体収納ケースに通過させて電極体収納ケースの導電体に渦電流を発生させ、この渦電流によるジュール熱によって、当該電極体収納ケース自体を電磁誘導加熱の原理により発熱させる。

さらに、電磁誘導加熱により発熱した電極体収納ケースを、所定温度（例えば５０〜１５０度）に加熱し、電極体収納ケースの上下に配置された台座により挟み込み、最終的に所定温度に安定させながら所定圧力（例えば１０〜３０ｋｇｆ／ｃｍ²）で加圧することで、偏平巻回電極体５の、隣接する負極、第１のセパレータ、正極、第２のセパレータの相互のゲル電解質を密着させる。

この結果、電極体収納ケースが所定温度（例えば５０〜１５０度）に到達すまでに、例えば６０〜９０秒要していた時間が、電磁誘導加熱を例えば３〜４秒間行うことにより所定温度付近に到達させることができる。また、ゲル電解質を密着及び成形させるため、断面が弓なりに膨らんだ押圧面を有する揺動ブロックによって、電極体収納ケースを数秒間揺動動作をさせながら加圧することで、非水系ゲル電解質二次電池１の製造手順においては、正極から負極へのリチウムイオンの受け渡しをゲル電解質により適確に行い得る非水系ゲル電解質二次電池１を製造することができる。また、前工程の例えば１０秒程度のラインタクトに合わせた加熱及び加圧処理を行うことができる。

ここで、この電極体収納ケースを加熱及び加圧するヒートプレス装置について詳細に説明する。図３は、本発明を適用したヒートプレス装置の構成の一例である。

非水系ゲル電解質二次電池１の自動化ラインにおいては、例えば、電極体収納ケース１０の図示しない搬送機構により前工程より電極体収納ケース１０が搬送され、電極体収納ケースガイド１２によって保持される。電極体収納ケースガイド１２は、例えば電極体収納ケース１０を２本のレール形状によってガイドする構成を有する。電極体収納ケースガイド１２は、電磁誘導加熱のための電極体収納ケース１０の位置決めをする役目を果たすと共に、電磁誘導時の電極体収納ケース１０の浮き防止の役目を果たすものである。なお、電極体収納ケースガイド１２には、電極体収納ケース１０のクランプ機構を具備しても良い。

さらに、人の手が介在する半自動化ラインにおいては、例えば、電極体収納ケースガイド１２内に手動で電極体収納ケース１０を挿入できる空間を確保したり、図示しないスライド機構により手動で電極体収納ケース１０を載上する治具を設け、誘導コイル１４上部へスライドさせたりしても良い。

電極体収納ケース１０が載上される非磁性体架台１３は、非磁性体によって形成されている。これは電磁誘導による発熱を防ぐためであり、ベーク、セラミック材等の非金属を使用することが好ましい。但し、電磁誘導加熱する場所とプレス成形する場所とを併設することも可能である。

非磁性体架台１３の内部に電磁誘導加熱用の誘導コイル１４を内蔵することにより、非磁性体架台１３に載上された電極体収納ケース１０との適切なクリアランス（例えば２．０〜１０．０ｍｍ）を確保する。このクリアランスを確保することで、加熱された電極体収納ケース１０の熱が誘導コイル１４に逃げるのを防ぐと共に、誘導コイル１４の効率が低下するのを防止できる。この例では、中央の非磁性体架台１３の内部に誘導コイル１４を内蔵している。誘導コイル１４に高周波（例えば、３５ｋＨｚ〜４５ｋＨｚ）電流を流すことで、誘導コイル１４から磁力線を発生させ、発生した磁力線を誘導コイル１４上に配置された電極体収納ケース１０に通すことで、電極体収納ケース１０が電磁誘導加熱される。

この場合において、例えば、電極体収納ケース１０が載上される面は固定とし、電磁誘導加熱用の誘導コイル１４の取り付け高さを調整可能な機構を具備することが好ましい。この機構により、誘導コイル１４と電極体収納ケース１０とのクリアランスを変えることで、電極体収納ケース１０のサイズ違い（例えば厚み違い）による電磁誘導加熱効率を調整可能となる。

電磁誘導加熱装置本体１５は、誘導コイル１４と接続されており、誘導コイル１４に供給する例えば３５〜４５ｋＨｚの正弦波の高周波電流を発生させる高周波発振回路を有している。電磁誘導加熱装置本体１５は、非磁性体架台１３内に収納しても良いし、または図示したように外部に取り付けても良い。但し、電磁誘導加熱用の誘導コイル１４の引出し線を延長することによるインピーダンス及びリアクタンスの変動に十分留意する必要がある。

支柱１６によりプレスシリンダ保持部材１７が電磁誘導加熱装置本体１５に支持されている。プレスシリンダ保持部材１７には、所定圧力（例えば１０〜３０ｋｇｆ／ｃｍ²）を出力可能な揺動プレスシリンダ１８ａ，１８ｂが搭載されている。揺動プレスシリンダ１８ａ，１８ｂは、エア駆動式、油圧駆動式、サーボモータ駆動式等、駆動方式は特に限定するものではないが、コスト面からエア駆動式を採用することが好ましい。

ここで、ヒートプレス装置１１のプレス部の詳細について、図４に示す動作原理図を参照して説明する。揺動プレスシリンダ１８ａ，１８ｂのそれぞれのロッド２１ａ，２１ｂの先端部には、可動用加熱ブロック１９が固定されている。

可動用加熱ブロック１９は、後述する揺動ブロック２０によって電極体収納ケース１０を厚み方向に対して加圧するために、電極体収納ケース１０を厚み方向に対して接離可能とされている。可動用加熱ブロック１９は、図示しない加熱用ヒータ及び温度制御用熱電対を内蔵しており、常に所定温度（例えば５０〜１５０度）に温度制御することができる構造とされている。これにより、可動用加熱ブロック１９は、電極体収納ケース１０を加圧する際に、揺動ブロック２０を介して電極体収納ケース１０を加熱する。なお、可動用加熱ブロック１９に内蔵された加熱用ヒータ及び温度制御用熱電対は、消耗品として容易に交換できるように、可動用加熱ブロック１９には加工が施されている。

可動用加熱ブロック１９の電極体収納ケース１０に対向する側には、揺動ブロック２０が取り付けられている。揺動ブロック２０は、断面が略蒲鉾形に形成されており、これによって、電極体収納ケース１０に対向する側に断面が弓なりに膨らんだ押圧面を有している。なお、揺動ブロック２０の形状は、電極体収納ケース１０に対向する側に断面が弓なりに膨らんだ押圧面を有しているのであれば、断面が略蒲鉾形のものに限ったものではく、例えば、揺動ブロック２０の断面をアーチ形状とすることで形成してもよい。また、揺動ブロック２０の材質は、アルミニウム、銅等、押圧に適した硬度と可動用加熱ブロック１９の熱を伝達できるものであれば、特に限定されるものではないが、電磁誘導による影響が少ないセラミックを用いることが好ましい。

揺動ブロック２０には、揺動ブロック２０が有する断面が弓なりに膨らんだ押圧面の頂点を結んだ線上に、図示しない固定部に固定されて回動可能な揺動回動軸２２が設けられている。また、揺動回動軸２２の軸方向と直交する可動用加熱ブロック１９の中心線上の両端には、揺動プレスシリンダ１８ａ，１８ｂのロッド２１ａおよびロッド２１ｂがそれぞれ取り付けられている。これによって、可動用加熱ブロック１９及び揺動ブロック２０は、揺動プレスシリンダ１８ａ，１８ｂによって、ロッド２１ａおよびロッド２１ｂを交互に伸縮することで、揺動回動軸２２を基準として揺動する構成とされている。

揺動ブロック２０によって電極体収納ケース１０を揺動加圧することで電極体収納ケース１０のゲル電解質を密着及び成形する。すなわち、揺動プレスシリンダ１８ａによってロッド２１ａを伸ばし、揺動プレスシリンダ１８ｂによってロッド２１ｂを縮めることで、電極体収納ケース１０がロッド２１ａ側に向かって加圧される。揺動プレスシリンダ１８ａによってロッド２１ａを縮め、揺動プレスシリンダ１８ｂによってロッド２１ｂを伸ばすことで、電極体収納ケース１０がロッド２１ｂ側に向かって加圧される。

このように、揺動プレスシリンダ１８ａ，１８ｂに連動して揺動する揺動ブロック２０によって電極体収納ケース１０を揺動加圧し、電極体収納ケース１０にしごきを加えることで、多孔質の第１および第２のセパレータの孔にゲル電解質を、より良好に浸透させることができ、電極体収納ケース１０の厚み方向面に対する加圧を均一にすることができる。なお、ここでは可動用加熱ブロック１９を揺動ブロック２０と別体としたが、可動用加熱ブロック１９と揺動ブロック２０とを一体構造としてもよい。

本発明を適用した加熱及び加圧処理のプロセスは、電極体収納ケースガイド１２内に上述の何れかの手段により収納された電極体収納ケース１０に対して、所定温度付近に到達するとされる時間（例えば３〜４秒）、高周波（例えば、３５ｋＨｚ〜４５ｋＨｚ）電磁誘導加熱することで、電極体収納ケース１０を昇温させる。それと共に、所定温度（例えば５０〜１５０度）に温度制御された可動用加熱ブロック１９及び揺動ブロック２０を揺動させながら、所定圧力（例えば１０〜３０ｋｇｆ／ｃｍ²）で加圧する。これらによって、本発明を適用した加熱及び加圧処理のプロセスでは、ゲル電解質を均一に密着及び成形させ、正極から負極へのリチウムイオンの受け渡しをゲル電解質により適確に行い得る、非水系ゲル電解質二次電池１を製造することができる。

なお、電磁誘導加熱から、可動用加熱ブロック１９が電極体収納ケース１０の押圧面に対して鉛直下方へ下降し、電極体収納ケース１０の厚み方向へ接するまでの時間は、例えば５〜１０秒以内が望ましい。

機種毎に異なる電極体収納ケース１０のサイズに合わせて効率良く電磁誘導加熱を行うためには、電極体収納ケース１０の偏平巻回電極体５の部分に均一且つ集中的に磁力線を発生させる必要がある。このために、例えば、誘導コイル１４の形状は、図５に示すように、電極体収納ケース１０に収納されている偏平巻回電極体５のサイズに合わせることが好ましい。これは、電極体収納ケース１０の偏平巻回電極体５の存在する部分とそうでない部分に同じ磁力線の電磁誘導による渦電流を発生させた場合、電極体収納ケース１０の偏平巻回電極体５の存在しない部分が必要以上に過熱され、ラミネートフィルムからなる外装ケース４の表面を溶融してしまう可能性があるためである。

誘導コイル１４の形態としては、例えば、高透磁率磁性体（例えば、フェライトコア）のブロックを芯として、その外周部にコイルを形成し、電極体収納ケース１０の厚み方向へ接する面に対向する部分に高透磁率磁性体（例えば、フェライトコア）のプレートを配置する。これにより、電極体収納ケース１０の偏平巻回電極体５の存在する部分に対する磁力線による渦電流の発生を均一化させることができる。すなわち、誘導コイル１４は、例えば、電極体収納ケース１０の偏平巻回電極体５の存在する電磁誘導加熱しようとする部分の外形構造に沿った外形となるように構成することで、安全に効率良く電磁誘導加熱を行うことができる。

また、これと同様の効果を得るために、例えば、図６に示すように、電極体収納ケース１０と誘導コイル１４との対向する面の間に、電磁波シールド材（例えば、高透磁率ナノ結晶軟磁性材料シート）２３を装着して電磁誘導加熱を行ってもよい。この場合、電磁波シールド材２３の中心部を切り抜くものとし、その切り抜き部２４は、電極体収納ケース１０の偏平巻回電極体５の部分の外形構造に合わせた形状とする。

これにより、切り抜き部２４に電極体収納ケース１０を嵌め込んだ状態で電磁誘導加熱を行うことで、電極体収納ケース１０の偏平巻回電極体５の存在する部分と存在しない部分への磁力線の当たりを変化させ、電極体収納ケース１０の偏平巻回電極体５の存在しない部分が必要以上に過熱し、ラミネートフィルムからなる外装ケース４の表面が溶融するのを回避できる。なお、この場合の誘導コイル１４の形状は、図６に示すように、電極体収納ケース１０のサイズに合わせず固定であってもよい。電磁波シールド材２３は、複数枚重ね合せることで、より電磁波シールド効果を増すことができる。

いずれの方法においても、最適な電磁誘導加熱効果を得るために、温度センサ（例えば、熱電対）により電極体収納ケース１０のラミネートフィルムからなる外装ケース４の表面温度を計測することで、おおよそ意図する温度範囲（例えば、±５度）へ制御することが可能である。このときコントロールする要素としては、電磁誘導の時間、高周波の周波数、誘導コイル１４と電極体収納ケース１０とのクリアランス、電磁誘導出力の調整などが挙げられるが、例えば、いずれかひとつの要素を装置内に既設されているプログラムコントローラ（例えば、シーケンサ）により制御することで、加熱処理の概略を構成することで最適な電磁誘導加熱を行うことができる。

以上説明したように、従来の加熱及び加圧処理では、電極体収納ケース１０が所定温度（５０〜１５０度）に到達すまでに、例えば６０〜９０秒と長い時間要していたが、この発明の一実施形態による加熱及び加圧処理によれば、電極体収納ケース１０に対して電磁誘導加熱を、例えば３〜４秒間と短い時間掛けることで、所定温度付近に到達させることができる。また、それと共に揺動ブロック２０によって揺動加圧を行うことで、短時間で均一なゲル電解質の密着及び形成が達成でき、非水系ゲル電解質二次電池１の製造手順においては、正極から負極へのリチウムイオンの受け渡しをゲル電解質により適確に行い得る非水系ゲル電解質二次電池１を短期間で製造することができる。

このため製造ラインとして、タクトバランスを合わせるために複数のヒータプレート群を並列に並べたものを複数列配置して、電極体収納ケース１０を立体的な配置で載上していたものが、ヒートプレス装置１００のみの配置と大幅に削減することができ、設備投資的にも活スペース的にも改善を図れると共に、非水系ゲル電解質二次電池１の製造効率の向上が図れる。

この発明は、上述したこの発明の一実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、一実施形態では、偏平巻回電極体５を外装ケース４に収納した非水系ゲル電解質二次電池１を、二次電池の一例として説明したが、巻回電極体を有するものであれば、二次電池の形状および種類は、特に限定されるものではない。また、巻回電極体の構成も、上述した負極、第１のセパレータ、正極、第２のセパレータを重ねたものを負極が内側となるように巻回したものに限らず、電池電圧を得られる他の構成によるものであってもよい。

二次電池の構成の一例を示す図である。巻回電極体を説明するための図である。一実施形態によるヒートプレス装置の構成の一例を示す略線図である。ヒートプレス装置のプレス部の概略を説明するための図である。誘導コイルの形状を説明するための図である。電磁シールド材を使用した場合の図である。従来のヒートプレス装置の構成の一例を示す図である。

符号の説明

１・・・非水系ゲル電解質二次電池
２・・・負極リード
３・・・正極リード
４・・・外装ケース
５・・・偏平巻回電極体
１０・・・電極体収納ケース
１１・・・ヒートプレス装置
１２・・・電極体収納ケースガイド
１３・・・非磁性体架台
１４・・・誘導コイル
１５・・・電磁誘導加熱装置本体
１６・・・支柱
１７・・・プレスシリンダ保持部材
１８ａ，１８ｂ・・・揺動プレスシリンダ
１９・・・可動用加熱ブロック
２０・・・揺動ブロック
２１ａ，２１ｂ・・・ロッド
２２・・・揺動回動軸
２３・・・電磁波シールド材
２４・・・切り抜き部

Claims

巻回電極体を加熱及び加圧する二次電池の製造装置において、
電流の供給により磁力線を発生する誘導コイルと、
巻回電極体が収納された外装ケースに上記誘導コイルから発生される磁力線を通過させて渦電流を発生させ、上記外装ケース及び上記巻回電極体を加熱する加熱手段と、
上記外装ケース及び上記巻回電極体を加圧する加圧手段とを有することを特徴とする二次電池の製造装置。
請求項１において、
上記加圧手段は、断面が弓なりに膨らんだ押圧面を有する揺動ブロックを揺動させることによって、上記外装ケース及び上記巻回電極体を上記押圧面によって加圧することを特徴とする二次電池の製造装置。
請求項２において、
上記揺動ブロックを加熱する加熱手段を有することを特徴とする二次電池の製造装置。
請求項１において、
上記誘導コイルは、上記外装ケース内の上記巻回電極体の外形に合わせた形状であることを特徴とする二次電池の製造装置。
請求項１において、
上記外装ケース内の上記巻回電極体の外形に合わせた切り抜き部が設けられた電磁波シールド材が配置されていることを特徴とする二次電池の製造装置。
巻回電極体を加熱及び加圧する二次電池の製造方法において、
電流の供給により磁力線を発生する誘導コイルに電流を供給し、発生した磁力線を巻回電極体が収納された外装ケースに通過させて渦電流を発生させて、上記外装ケース及び上記巻回電極体を加熱するステップと、
上記外装ケース及び上記巻回電極体を加圧するステップとを有することを特徴とする二次電池の製造方法。