JP2015082440A - 蓄電装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱工程を経て加熱された不活性ガスを効率よく再利用できる蓄電装置の製造方法を提供すること。【解決手段】金属箔と活物質層とを有する電極を備えたリチウムイオン二次電池の製造方法であって、電極の加熱及び加熱後の冷却の少なくとも一方を不活性ガス雰囲気下で行う第１の加熱工程と、第１の加熱工程において加熱された不活性ガスを用いて、電極をケースに収容した組立体を加熱する第２の加熱工程と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電装置の製造方法に関する。

従来から、二次電池やキャパシタなどの蓄電装置は、金属箔と活物質層とを有する電極を積層又は捲回した電極組立体を外装部材に収容して製造されている。蓄電装置の製造工程には、複数の加熱工程が含まれている。例えば、加熱工程は、金属箔に活物質合剤を塗布して形成した活物質層を加熱する工程や、電極組立体を外装部材に収容した状態で加熱する工程である。そして、特許文献１に示されるように、蓄電装置の製造工程では、加熱工程で生じた熱を再利用することが行われている。

特開２０１２−２０１５８５号公報

ところで、電極を有する部品の加熱工程は、電極に使用されている金属箔の酸化を抑制するために、不活性ガス雰囲気下で行われる場合がある。このような加熱工程で加熱された不活性ガスをさらに効率よく再利用することが期待されている。

この発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、加熱工程を経て加熱された不活性ガスを効率よく再利用できる蓄電装置の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する蓄電装置の製造方法は、金属箔と活物質層とを有する電極を備えた蓄電装置の製造方法であって、前記電極を有する第１の部品の加熱及び加熱後の冷却の少なくとも一方を不活性ガス雰囲気下で行う第１の加熱工程と、前記第１の加熱工程において加熱された不活性ガスを用いて、前記電極を有する第２の部品を加熱する第２の加熱工程と、を含むことを要旨とする。

この構成によれば、第１の加熱工程で加熱された不活性ガスの熱を再利用して第２の部品を加熱できる。第２の部品が有する電極の金属箔は、仮に、不活性ガスが第２の部品に接触したとしても、酸化することが抑制される。即ち、新しい不活性ガスの使用量は、第２の加熱工程において削減される。したがって、加熱工程を経て加熱された不活性ガスを効率よく再利用できる。

また、上記蓄電装置の製造方法は、前記第１の部品は、前記電極であり、前記第２の部品は、前記第１の加熱工程で加熱された電極と、該電極を収容した外装部材とを有することが好ましい。

この構成によれば、第２の加熱工程は、第１の加熱工程で加熱した電極を有する第２の部品を加熱する工程である。したがって、蓄電装置の製造工程は、全体として単純化される。

上記蓄電装置の製造方法は、前記第１の加熱工程では、前記第１の部品を収容した空間を真空雰囲気としてから不活性ガスを充填した不活性ガス雰囲気下で加熱後の冷却を行い、前記第２の加熱工程では、前記第１の加熱工程において加熱後の冷却に用いた不活性ガスを用いることが好ましい。

この構成によれば、第２の加熱工程で再利用される不活性ガスは、不純物が少なくなる。したがって、第２の加熱工程において、第２の部品は再利用された不活性ガスによって悪影響を受けにくい。

本発明によれば、加熱工程を経て加熱された不活性ガスを効率よく再利用できる。

加熱装置の模式図。 （ａ）は、第１の加熱工程を示すフローチャート、（ｂ）は、第２の加熱工程を示すフローチャート。

以下、リチウムイオン二次電池の製造方法の一実施形態について説明する。
まず、図１を参照してリチウムイオン二次電池（以下、単に「二次電池」という）の製造装置である加熱装置１０について説明する。加熱装置１０は、第１加熱炉１１と、第２加熱炉１２とを有する。

第１加熱炉１１には、第１の部品としての帯状の電極１３を収容する空間１４が設けられている。電極１３は、金属箔１３ａと活物質層１３ｂとを有する。金属箔１３ａは、正極用の電極であれば例えばアルミニウム箔であり、負極用の電極であれば例えば銅箔である。活物質層１３ｂは、金属箔１３ａの少なくとも一方の面の一部または全部を覆っている。活物質層１３ｂに含まれる活物質は、正極用と負極用とで異なる。そして、電極１３は、例えばロール状に捲回されている。

また、第２加熱炉１２には、第２の部品としての組立体１５を収容する空間１４が設けられている。組立体１５は、電極１３が間にセパレータを挟んだ状態で層状に重なる電極組立体と、この電極組立体を収容している外装部材としてのケース１５ａとを有する。

各加熱炉１１，１２は、壁に埋め込まれたヒータ１７を有する。また、各加熱炉１１，１２は、冷却用の水を流通させるための冷却管１８をそれぞれ有する。冷却管１８は、各加熱炉１１，１２の壁に埋め込まれている。

各加熱炉１１，１２は、空気を空間１４に充填するための空気管２１をそれぞれ有する。各空気管２１は、バルブ２１ａをそれぞれ有する。各加熱炉１１，１２は、不活性ガスを空間１４に充填するための不活性ガス管２２をそれぞれ有する。各不活性ガス管２２は、バルブ２２ａをそれぞれ有する。また、各加熱炉１１，１２は、空間１４内の気体を外部に排出するためのポンプ２３を有する。

そして、加熱装置１０は、第１加熱炉１１の空間１４と、第２加熱炉１２の空間１４とを連通している移送管２４を有する。移送管２４は、第１加熱炉１１の空間１４内の気体を第２加熱炉１２の空間１４へ移送するためのポンプ２５と、バルブ２６とを有する。

次に、二次電池の製造方法について、作用とともに説明する。
二次電池の製造方法は、ロール状に捲回された電極１３を製造する電極製造工程と、電極１３を加熱する第１の加熱工程と、電極１３を電極組立体に成形する成形工程と、電極組立体をケース１５ａに収容して組立体１５を得る組立工程と、組立体１５を加熱する第２の加熱工程と、組立体１５に電解質を充填する充填工程とを含む。

電極製造工程は、少なくとも活物質と溶媒とを含むペースト状の活物質合剤を調製するとともに、活物質合剤を帯状の金属箔１３ａに塗布して活物質層１３ｂを形成し、さらに活物質層１３ｂを乾燥させた後にロール状に捲回して電極１３を得る工程である。なお、活物質合剤は、例えばバインダや導電助剤を含んでいてもよい。

第１の加熱工程は、電極１３の加熱、及び加熱後の冷却の両方を不活性ガス雰囲気下で行う工程である。以下、第１の加熱工程について詳しく説明する。
図２（ａ）に示すように、電極１３を第１加熱炉１１の空間１４に投入する（ステップＳ１）。次に、ポンプ２３を作動させて空間１４の空気を排出する（ステップＳ２）。ステップＳ２の処理により、空間１４は、真空雰囲気となる。次に、バルブ２２ａを操作して未使用（新品）の不活性ガスを空間１４に充填する（ステップＳ３）。ステップＳ３の処理により、空間１４は、不活性ガス雰囲気となる。不活性ガスは、例えば、窒素ガス、アルゴンガスなどである。

次に、ヒータ１７により空間１４を加熱する（ステップＳ４）。ヒータ１７から供給される熱は、不活性ガスを介して電極１３に伝達され易い。このため、電極１３の温度は、速やかに上昇される。また、金属箔１３ａの酸化は、抑制される。次に、空間１４の温度を第１規定温度に到達させた後、ポンプ２３を作動させて空間１４の不活性ガスを排出する（ステップＳ５）。例えば第１規定温度は、１２０℃以上２００℃以下の温度である。ステップＳ５の処理により、空間１４は、真空雰囲気となる。なお、ステップＳ５で排出される不活性ガスは、活物質層１３ｂから蒸発した溶媒、及び加熱による分解生成物などを比較的多く含んでいる。

次に、空間１４の温度を第１規定温度で規定時間にわたって維持する（ステップＳ６）。次に、バルブ２２ａを操作して未使用の不活性ガスを空間１４に充填する（ステップＳ７）。ステップＳ７の処理により、空間１４は、不活性ガス雰囲気となる。次に、冷却管１８に水を流通させて空間１４内を冷却する（ステップＳ８）。電極１３の熱は、不活性ガスを介して冷却管１８に伝達され易い。このため、電極１３の温度は、速やかに降下される。

次に、空間１４の温度を第１規定温度よりも低い第２規定温度に到達させた後、ポンプ２５を作動させるとともに、バルブ２６を操作して空間１４の不活性ガスを排出する（ステップＳ９）。例えば第２規定温度は、１００℃以上１２０℃未満の温度である。ステップＳ９で排出される不活性ガスは、ステップＳ５で排出される不活性ガスと比較して、不純物が少ない。ステップＳ９の処理により、空間１４は、真空雰囲気となる。次に、バルブ２１ａを操作して空気を空間１４に充填する（ステップＳ１０）。その後、電極１３を空間１４から取り出す（ステップＳ１１）。

組立工程は、電極組立体をケース１５ａに収容して組立体１５を得る工程である。例えば電極組立体は、間に帯状のセパレータを挟んだ状態で電極１３を捲回したり、所定形状に切り出した電極１３を間にセパレータを挟んだ状態で積層したりして形成される。

第２の加熱工程は、第１の加熱工程において加熱された不活性ガスを用いて、組立体１５を加熱する工程である。なお、第２の加熱工程は、第１の加熱工程と類似する工程であることから、同一の操作について同一の符号を付すなどして重複する説明を省略又は簡略する。以下、第２の加熱工程について、第１の加熱工程と異なる部分を中心に説明する。

図２（ｂ）に示すように、組立体１５を第２加熱炉１２の空間１４に投入する（ステップＳ１）。次に、ポンプ２３を作動させて空間１４の空気を排出する（ステップＳ２）。次に、第１の加熱工程におけるステップＳ９で排出された不活性ガスを第２加熱炉１２の空間１４に充填する（ステップＳ３）。ステップＳ３の処理により、空間１４は、不活性ガス雰囲気となる。

このように、第２の加熱工程において、空間１４及び組立体１５は、第１の加熱工程において加熱された不活性ガスの熱を再利用することで加熱される。また、組立体１５において、電極１３の金属箔１３ａの酸化は、電極１３が不活性ガス雰囲気下で加熱されることから抑制される。特に、第２の加熱工程におけるステップＳ３で再利用する不活性ガスは、第１の加熱工程におけるステップＳ９で排出された不活性ガスである。このため、第２の加熱工程におけるステップＳ３で再利用する不活性ガスは、不純物が少ない。

したがって、上記実施形態は以下の効果を有する。
（１）第１の加熱工程で加熱された不活性ガスの熱を再利用して組立体１５を加熱できる。組立体１５における電極１３の金属箔１３ａは、仮に、不活性ガスが組立体１５に接触したとしても、酸化することが抑制される。即ち、新しい不活性ガスの使用量は、第２の加熱工程において削減される。したがって、第１の加熱工程を経て加熱された不活性ガスを効率よく再利用できる。

（２）第２の加熱工程は、第１の加熱工程で加熱した電極１３を有する組立体１５を加熱する工程である。したがって、二次電池の製造工程は、全体として単純化される。
（３）第２の加熱工程で再利用する不活性ガスは、不純物が少なくなる。したがって、第２の加熱工程において、組立体１５は、再利用された不活性ガスによって悪影響を受けにくい。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 第２の加熱工程において、空間１４や組立体１５は、第１の加熱工程で加熱された不活性ガスを用いて間接的に加熱してもよい。例えば、第２加熱炉１２は、第１加熱炉１１の空間１４から排出された不活性ガスを流通させる不活性ガス管を有していてもよい。この不活性ガス管は、第２加熱炉１２の壁に埋め込まれていてもよく、空間１４に露出していてもよい。このような構成であっても、組立体１５における電極１３の金属箔１３ａは、仮に、不活性ガスが空間１４に漏出して接触したとしても、酸化することが抑制される。

○ 第１の加熱工程、及び第２の加熱工程では、上記実施形態とは異なる部品を加熱する工程であってもよい。
○ 第１の加熱工程におけるステップＳ５で排出した不活性ガスは、第２の加熱工程におけるステップＳ３，Ｓ７の少なくとも一方で再利用してもよい。

○ 第１の加熱工程におけるステップＳ９で排出した不活性ガスは、第２の加熱工程におけるステップＳ７で再利用してもよい。
○ 第２の加熱工程におけるステップＳ５で排出した不活性ガスは、第１の加熱工程におけるステップＳ３，Ｓ７の少なくとも一方で再利用してもよい。第２の加熱工程におけるステップＳ９で排出した不活性ガスは、第１の加熱工程におけるステップＳ３，Ｓ７の少なくとも一方で再利用してもよい。

○ 二次電池は、リチウムイオン二次電池とは異なる二次電池であってもよい。要するに、正極用の活物質と負極用の活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。

○ 電気二重層キャパシタ等の他の蓄電装置に適用してもよい。
以下、上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について追記する。
（イ）金属箔と活物質層とを有する電極を備えた蓄電装置の製造方法であって、前記電極の加熱及び加熱後の冷却の少なくとも一方を不活性ガス雰囲気下で行う第１の加熱工程と、前記第１の加熱工程において加熱された不活性ガスを用いて、前記蓄電装置又は前記蓄電装置の部品を加熱する第２の加熱工程と、を含むことが好ましい。

（ロ）前記不活性ガスは窒素ガスであることが好ましい。

Ｓ１〜Ｓ１１…ステップ（第１の加熱工程、第２の加熱工程）、１３…電極（第１の部品）、１３ａ…金属箔、１３ｂ…活物質層、１４…空間、１５…組立体（第２の部品）、１５ａ…ケース（外装部材）。

Claims (3)

1. 金属箔と活物質層とを有する電極を備えた蓄電装置の製造方法であって、
   前記電極を有する第１の部品の加熱及び加熱後の冷却の少なくとも一方を不活性ガス雰囲気下で行う第１の加熱工程と、
   前記第１の加熱工程において加熱された不活性ガスを用いて、前記電極を有する第２の部品を加熱する第２の加熱工程と、を含む蓄電装置の製造方法。
2. 前記第１の部品は、前記電極であり、
   前記第２の部品は、前記第１の加熱工程で加熱された電極と、該電極を収容した外装部材とを有する請求項１の蓄電装置の製造方法。
3. 前記第１の加熱工程では、前記第１の部品を収容した空間を真空雰囲気としてから不活性ガスを充填した不活性ガス雰囲気下で加熱後の冷却を行い、
   前記第２の加熱工程では、前記第１の加熱工程において加熱後の冷却に用いた不活性ガスを用いる請求項１または２に記載の蓄電装置の製造方法。