JP2022139497A - 二次電池の製造方法および二次電池組立体 - Google Patents

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Abstract

【課題】電極体への非水電解液の含浸効率を向上できる技術を提供する。【解決手段】ここで開示される製造方法は、電池ケースに電極体が収容された状態で、電池ケースの内部を負圧にすること；電池ケースの内部が負圧となった状態で、注液孔を介して電池ケースの内部に非水電解液を注液すること；非水電解液注液後に、電池ケースの内部と外部雰囲気とを連通させること；連通後、第１封止部材を用いて注液孔を仮封止すること；注液孔の仮封止をした状態で、電極体に、非水電解液の少なくとも一部を含浸させること；第１封止部材を取り除いて注液孔を開封すること；および、第２封止部材を用いて注液孔を封止すること、を包含する。ここで、第１封止部材は、通気性膜を備えている。仮封止後の電池ケースの内部と外部雰囲気とは、通気性膜を介して通気可能である。通気性膜に対する非水電解液由来の蒸気の透過性は、水蒸気の透過性よりも小さい。【選択図】図６

Description

本発明は、二次電池の製造方法および二次電池組立体に関する。
現在、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等の二次電池は、車両や携帯端末等の様々な分野において広く使用されている。この種の二次電池の一例として、正極および負極を有する電極体と、非水電解液と、該電極体および該非水電解液を収容する電池ケースと、を備える構成のものが挙げられる。電池ケースには、典型的には、非水電解液を注液するための注液孔が備えられている。上記二次電池の製造方法は、例えば、電極体を電池ケースに収容すること；および、電極体が収容された状態の電池ケースに非水電解液を注液すること（注液工程）；を包含し得る。このように、二次電池の製造過程では、電極体と、非水電解液と、電池ケースと、を備える二次電池組立体が構築され得る。
例えば特許文献１に記載の注液工程は、電池ケース内を減圧した状態で電解液の注液が開始され、電極体の少なくとも一部が電解液に浸漬された状態で注液を停止する第１注液工程；電池ケース内の気圧を高めて、電解液の液面を低下させる液面下げ工程；および、電解液の注液を再開し、電解液を規定量または規定高さまで注液する第２注液工程；を包含している。かかる構成の製造方法では、注液工程に掛かる時間を短くできる旨が記載されている。
特開２０１８－１０６８１６号公報
ところで、電池ケースに注液した非水電解液を、より効率よく電極体に含浸させることが望まれている。
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、二次電池の製造時に、二次電池組立体の電極体への非水電解液の含浸効率を向上できる技術を提供することである。
ここに開示される二次電池の製造方法は、正極および負極を有する電極体と、非水電解液と、上記電極体と上記非水電解液とを収容する電池ケースであって、上記非水電解液を注液するための注液孔を有する電池ケースと、を備える二次電池を製造する方法である。この製造方法は、上記電池ケースに上記電極体が収容された状態で、該電池ケースの内部を負圧にすること；上記電池ケースの内部が負圧となった状態で、上記注液孔を介して上記電池ケースの内部に上記非水電解液を注液すること；上記非水電解液注液後に、上記電池ケースの内部と外部雰囲気とを連通させること；上記連通後、第１封止部材を用いて上記注液孔を仮封止すること；上記注液孔の仮封止をした状態で、上記電極体に、上記非水電解液の少なくとも一部を含浸させること；上記第１封止部材を取り除いて上記注液孔を開封すること；および、第２封止部材を用いて上記注液孔を封止すること、を包含する。ここで、上記第１封止部材は、通気性を有する通気性膜を備えている。上記仮封止後の上記電池ケースの内部と外部雰囲気とは、上記通気性膜を介して通気可能である。上記通気性膜に対する、上記非水電解液由来の蒸気の透過性は、該通気性膜に対する水蒸気の透過性よりも小さい。
かかる構成の製造方法では、上記のような通気性膜を備える第１封止部材を用いて、非水電解液を注液した後の電池ケースの注液孔を仮封止する。当該通気性膜は、通気性を有しているため、電池ケース内部と外部雰囲気との通気が可能となっている。これによって、電極体への非水電解液の含浸効率を向上させることができる。また、当該通気性膜は、非水電解液由来の蒸気が透過しにくい。そのため、電極体に非水電解液を含浸させている間の、非水電解液の外部への揮発を抑制することができる。
ここに開示される製造方法の好適な一態様では、上記第１封止部材は、貫通孔を有する封止栓本体と、上記通気性膜とを有している。上記通気性膜が上記封止栓本体の上記貫通孔を塞いでいる。第１封止部材として、かかる構成の封止栓を用いることによって、上記効果に加えて、第１封止部材の脱着をより容易にすることができる。また、通気性膜（封止栓）を再利用することができる。
ここに開示される製造方法の好適な他の一態様では、上記正極は、長尺な帯状の正極シートであり、上記負極は、長尺な帯状の負極シートである。上記電極体は、上記正極シートおよび上記負極シートが、セパレータを介在させつつ積層されて、シート長手方向に直交する捲回軸を中心として捲回された捲回電極体である。ここで、上記正極シート、上記負極シート、および上記セパレータの積層面は、上記捲回軸方向の両端から上記電極体の外部に対して開放されている。非水電解液は、上記開放積層面を介して捲回電極体に含浸し得る。そのため、捲回電極体を備える二次電池の製造方法における非水電解液の含浸効率の向上に対する要求が高まっている。ここで開示される技術の効果は、捲回電極体を有する二次電池の製造方法において、好ましく発揮され得る。
ここで開示される製造方法の好適な他の一態様では、上記通気性膜は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、およびポリテトラフルオロエチレンからなる群から選ばれる少なくとも一種の樹脂材料で構成されている。上記樹脂材料は、通気性を有しながら、非水電解液由来の蒸気の透過性が低い。そのため、ここで開示される技術の効果を実現するために好適である。
また、ここで開示される製造方法を用いて二次電池を製造すると、下記構成を有する二次電池組立体が提供される。この二次電池組立体は、正極および負極を有する電極体と、非水電解液と、上記電極体と上記非水電解液とを収容する電池ケースであって、上記非水電解液を注入するための注液孔を有する電池ケースと、を備える。上記注液孔および／またはその周囲には、通気性を有する通気性膜および／または該通気性膜の残渣が存在している。上記通気性膜に対する、上記非水電解液由来の蒸気の透過性は、該通気性膜に対する水蒸気の透過性よりも小さい。かかる構成によると、電極体への非水電解液の含浸効率を向上させることができる。また、電極体に非水電解液を含浸させている間の、非水電解液の外部への揮発を抑制することができる。
ここで開示される二次電池組立体の好適な他の一態様では、上記正極は、長尺な帯状の正極シートであり、上記負極は、長尺な帯状の負極シートである。上記電極体は、上記正極シートおよび上記負極シートが、セパレータを介在させつつ積層されて、シート長手方向に直交する捲回軸を中心として捲回された捲回電極体である。ここで、上記正極シート、上記負極シート、および上記セパレータの積層面は、上記捲回軸方向の両端から上記電極体の外部に対して開放されている。ここで開示される技術の効果は、捲回電極体を有する二次電池の製造方法において、好ましく発揮され得る。
ここで開示される二次電池組立体の好適な他の一態様では、上記通気性膜は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、およびポリテトラフルオロエチレンからなる群から選ばれる少なくとも一種の樹脂材料で構成されている。上記樹脂材料は、ここで開示される技術の効果を実現するために好適である。
第１実施形態に係る製造方法によって製造される二次電池を模式的に示す斜視図である。 第１実施形態に係る製造方法で用いられる電極体を模式的に示す斜視図である。 第１実施形態に係る製造方法で用いられる電極体の構成を示す模式図である。 第１実施形態に係る製造方法の工程図である。 第１実施形態に係る製造方法の一部を説明する模式図である。 第１実施形態に係る製造方法における仮封止工程を示す部分断面図である。 第２実施形態に係る製造方法における仮封止工程を示す部分断面図である。
以下、図面を参照しながら、ここで開示される技術のいくつかの好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、ここで開示される技術を特徴付けない二次電池および製造工程における二次電池組立体の一般的な構成および製造プロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。ここで開示される技術は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電が可能な蓄電デバイス全般を指す用語であって、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池（化学電池）と、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ（物理電池）と、を包含する概念である。
本明細書において参照する各図における符号Ｘは「奥行方向」を示し、符号Ｙは「幅方向」を示し、符号Ｚは「高さ方向」を示す。また、奥行方向ＸにおけるＦは「前」を示し、Ｒｒは「後」を示す。幅方向ＹにおけるＬは「左」を示し、Ｒは「右」を示す。そして、高さ方向ＺにおけるＵは「上」を示し、Ｄは「下」を示す。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、二次電池および製造工程における二次電池組立体の設置形態を何ら限定するものではない。また、本明細書において数値範囲を示す「Ａ～Ｂ」の表記は、「Ａ以上Ｂ以下」という意味と共に、「Ａを上回り、かつ、Ｂを下回る」という意味も包含する。
＜第１実施形態＞
ここで開示される製造方法を実施することによって得られる二次電池の一例を、図１に示す。図１は、第１実施形態に係る製造方法によって製造される二次電池を模式的に示す斜視図である。二次電池１００は、図示されない電極体および電解液と、該電極体および該電解液を収容する電池ケース１０と、を備えている。二次電池１００は、ここではリチウムイオン二次電池である。
電池ケース１０は、開口を有するケース本体１２と、開口を塞ぐ蓋体１４と、を備えている。電池ケース１０は、ケース本体１２の開口の周縁に蓋体１４が接合されることによって、一体化されて気密に封止（密閉）されている。蓋体１４には、注液孔１５と、安全弁１７と、正極外部端子３０と、負極外部端子４０と、が設けられている。注液孔１５は、電池ケース１０内に電解液を注液するための孔であり、封止部材１６（後述する第２封止部材）により封止されている。安全弁１７は、電池ケース１０内の圧力が所定値以上になったときに破断して、電池ケース１０内のガスを外部に排出するように構成された薄肉部である。正極外部端子３０および負極外部端子４０は、電池ケース１０内に収容された電極体と電気的に接続されている。
電池ケース１０は、六面箱型状に形成されており、矩形状の底面１２ａと、一対の矩形状幅広面１２ｂと、一対の矩形状幅狭面１２ｃと、を有している。一対の幅広面１２ｂは、底面１２ａの２つの長辺からそれぞれ立ち上がっている。一対の幅狭面１２ｃは、底面１２ａの２つの短辺からそれぞれ立ち上がっている。
特に限定するものではないが、電池ケース１０は、例えば金属製である。電池ケース１０を構成する金属材料としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金等が挙げられる。あるいは、電池ケース１０はポリイミド樹脂等の耐熱性樹脂材料により構成されてもよい。
電極体は、二次電池１００の発電要素であり、正極、負極、および該正極と該負極とを離隔するセパレータを備えている。図２は、第１実施形態に係る製造方法で用いられる電極体を模式的に示す斜視図である。図３は、第１実施形態に係る製造方法で用いられる電極体の構成を示す模式図である。図２，３に示すように、電極体２０には、正極内部端子５０と負極内部端子６０とが取り付けられている。正極内部端子５０は、正極外部端子３０（図１参照）と接続される。負極内部端子６０は、負極外部端子４０（図１参照）と接続される。
図３に示すように、電極体２０は、正極２２および負極２４を有する。電極体２０は、ここでは、長尺な帯状の正極シート２２と帯状の長尺な帯状の負極シート２４とが長尺な帯状のセパレータ２６を介して積層され、シート長手方向に直交する捲回軸ＷＬを中心として捲回された、扁平形状の捲回電極体である。図２に示すように、電極体２０は、一対の幅広面２０ａと、一対の幅方向Ｙの端面２０ｂと、を有している。端面２０ｂは、正極２２、負極２４、およびセパレータ２６の積層面であり、電極体２０の外部に対して開放されている。
詳細な図示は省略するが、電極体２０は、捲回軸ＷＬが幅方向Ｙと平行になる向きで、外装体１２の内部に配置されている。図１の電池ケース１０内に収容された状態において、電極体２０の一対の幅広面２０ａは、電池ケース１０の幅広面１２ｂと対向している。また、一対の端面２０ｂは、幅狭面１２ｃと対向している。
正極シート２２は、長尺な帯状の正極集電箔２２ｃ（例えばアルミニウム箔）と、正極集電箔２２ｃの少なくとも一方の表面上に固着された正極活物質層２２ａとを有する。特に限定するものではないが、正極シート２２の幅方向Ｙにおける一方の側縁部には、必要に応じて、正極保護層２２ｐが設けられていてもよい。なお、正極活物質層２２ａや正極保護層２２ｐを構成する材料は、この種の二次電池（本実施形態では、リチウムイオン二次電池）において使用されるものを特に制限なく使用することができ、ここに開示される技術を特徴づけるものではないため、ここでの詳細な説明は省略する
正極集電箔２２ｃの幅方向Ｙの一方の端部（図３の左端部）には、複数の正極タブ２２ｔが設けられている。複数の正極タブ２２ｔは、それぞれ幅方向Ｙの一方側（図３の左側）に向かって突出している。複数の正極タブ２２ｔは、正極板２２の長手方向に沿って間隔を置いて（間欠的に）設けられている。正極タブ２２ｔは、正極集電箔２２ｃの一部であり、正極集電箔２２ｃの正極活物質層２２ａおよび正極保護層２２ｐが形成されていない部分（集電箔露出部）である。複数の正極タブ２２ｔは幅方向Ｙの一方の端部（図３の左端部）で積層され、正極タブ群２３を構成している。正極タブ群２３に、正極内部端子５０が接合されている（図２参照）。
負極シート２４は、長尺な帯状の負極集電箔２４ｃ（例えば銅箔）と、負極集電箔２４ｃの少なくとも一方の表面上に固着された負極活物質層２４ａと、を有する。なお、負極活物質層２４ａを構成する材料は、この種の二次電池（本実施形態では、リチウムイオン二次電池）において使用されるものを特に制限なく使用することができ、ここに開示される技術を特徴づけるものではないため、ここでの詳細な説明は省略する。
負極集電箔２４ｃの幅方向Ｙの一方の端部（図３の右端部）には、複数の負極タブ２４ｔが設けられている。複数の負極タブ２４ｔは、幅方向Ｙの一方側（図３の右側）に向かって突出している。複数の負極タブ２４ｔは、負極板２４の長手方向に沿って間隔を置いて（間欠的に）設けられている。負極タブ２４ｔは、ここでは負極集電箔２４ｃの一部であり、負極集電箔２４ｃの負極活物質層２４ａが形成されていない部分（集電箔露出部）である。複数の負極タブ２４ｔは幅方向Ｙの一方の端部（図３の右端部）で積層され、負極タブ群２５を構成している。負極タブ群２５に、負極内部端子６０が接合されている（図２参照）。
特に限定するものではないが、電極体２０の幅広面２０ａの幅方向Ｙの長さは、例えば、８０ｍｍ以上とすることができ、１００ｍｍ以上、２００ｍｍ以上、２５０ｍｍ以上、あるいは３００ｍｍ以上であってもよい。上記長さが大きくなるほど、電極体への非水電解液の含浸に長い時間を要し得る。そのため、ここで開示される技術の効果は、上記長さが上記範囲を満たす場合であっても好適に発揮され得る。なお、上記長さは、特に限定するものではないが、例えば、５００ｍｍ以下、４５０ｍｍ以下、あるいは、４００ｍｍ以下とすることができる。
非水電解液は、典型的には、非水溶媒および支持塩を含有する。非水溶媒および支持塩としては、この種の二次電池（ここではリチウムイオン二次電池）の電解液に用いられる各種の溶媒を特に制限なく使用することができる。非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等の各種カーボネート類が挙げられる。支持塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６等のリチウム塩を用いることができる。非水電解液は、必要に応じて、被膜形成剤；増粘剤；分散剤；等の従来公知の添加剤を含有してもよい。
図４は、第１実施形態に係る製造方法の工程図である。図５は、第１実施形態に係る製造方法の一部を説明する模式図である。当該製造方法は、図４に示すように、下記Ｓ１～Ｓ８の工程：電極体収容工程Ｓ１；減圧工程Ｓ２；注液工程Ｓ３；連通工程Ｓ４；仮封止工程Ｓ５；含浸工程Ｓ６；開封工程Ｓ７；および、封止工程Ｓ８；を包含する。
電極体収容工程Ｓ１では、電極体を電池ケースに収容する。具体的には、例えば、まず、電極体２０を従来公知の方法で作製する。次いで、電極体２０の正極タブ群２３に正極内部端子５０を取り付け、さらに負極タブ群２５に負極内部端子６０を取り付ける。次いで、蓋体１４に正極外部端子３０と負極外部端子４０とを取り付ける。これらの外部端子に、同極の内部端子を従来公知の方法（例えば、超音波接合、抵抗溶接、レーザ溶接等）で接合する。次いで、樹脂製の電極体ホルダに電極体２０を収容する。そして、電極体ホルダで覆われた電極体２０を、ケース本体に挿入する。この状態で、ケース本体１２の開口部に蓋体１４を重ね合わせて、これらを溶接してケース本体１２を封口する。
減圧工程Ｓ２では、電池ケース１０に電極体２０が収容された状態で、該電池ケースの内部を負圧にする。具体的には、例えば、まず、工程Ｓ１で用意された構築物を図５に示すようなチャンバ７０内に配置する。チャンバ７０には、図示されない真空ポンプが接続されている。次いで、この真空ポンプのスイッチをオンにして、チャンバ７０内を減圧し、負圧にする。この時の圧力は、特に限定されないが、例えば、大気圧（０．１ＭＰａ）に対して、－０．０５ＭＰａ以下、－０．０８ＭＰａ以下、－０．０９ＭＰａ以下とすることができる。
注液工程Ｓ３では、電池ケース１０の内部が負圧となった状態で、注液孔１５を介して電池ケース１０の内部に非水電解液を注液する。具体的には、例えば、チャンバ７０に接続された配管８０を電池ケース１０の注液孔１５に接続し、ケース本体１２に非水電解液を注液する。配管８０は、上記のとおり、注液用の配管であり、非水電解液の供給源（例えば、非水電解液を収容するタンク等）に接続されている。非水電解液の注液が開始されてから、電極体２０の少なくとも一部が非水電解液に浸漬された状態で、注液が停止される。本工程において、電極体２０と、非水電解液と、電池ケース１０とを備える二次電池組立体が構築される。なお、本明細書における「二次電池組立体」は、電極体と、非水電解液と、電池ケースとを有する構築物を意味する。
連通工程Ｓ４では、非水電解液注液後に、電池ケース１０の内部と外部雰囲気とを連通させる。具体的には、例えば、配管８０を介した非水電解液の注液が停止された後、チャンバ７０に接続された真空ポンプのスイッチをオフにする。この時、例えば、注液孔１５から配管８０を外すことで、開封された注液孔１５を介して、電池ケース１０を外部雰囲気に対して開放することができる。あるいは、配管８０を外さず、これを介して、電池ケース１０を外部雰囲気に対して開放してよい。電池ケース１０を外部雰囲気に対して開放することによって、電池ケース１０内を昇圧することができる。電池ケース内圧は、例えば大気圧程度に昇圧し得る。上記連通を行った後、下記工程における作業を用意とするため、二次電池組立体をチャンバ７０外に出してよい。
仮封止工程Ｓ５では、上記連通後、第１封止部材を用いて注液孔１５を仮封止する。図６は、第１実施形態に係る製造方法における仮封止工程を示す部分断面図である。第１封止部材９０は、通気性を有する通気性膜を備えている。そのため、仮封止後の電池ケース１０の内部と外部雰囲気とは、当該通気性膜を介して通気可能である。ここで、「膜」とは、面状に広がった構造体を意味する。換言すると、膜の形成面における２方向（例えばＸ軸方向及びＹ軸方向）の寸法が、いずれも膜の厚みよりも小さいものを意味する。本明細書において、「膜」の厚みは、例えば１０００μｍ以下であり、５００μｍ以下であってよく、２５０μｍ以下であってよい。
本実施形態では、図６に示すように、第１封止部材９０が通気性膜からなっている。第１封止部材９０は、電池ケース１０の蓋体１４のケース外側の表面（高さ方向Ｚの上側表面）に配置されており、注液孔１５を塞いでいる第１封止部材９０は、注液孔１５の上部および周囲に配置されている。即ち、本工程における二次電池組立体では、注液孔１５の上部とその周囲には、第１封止部材９０としての通気性膜が存在している。かかる構成は、下記工程Ｓ７で第１封止部材９０が取り除かれるまで維持され得る。第１封止部材９０は、必要に応じて接着剤を用いて蓋体１４の上記表面に貼り付けられていてよい。第１封止部材の平面形状は、注液孔１５を塞ぐ限り、特に限定されない。
通気性膜は、水蒸気および非水電解液由来の蒸気の透過がいずれも可能であり得る。水蒸気および非水電解液由来の蒸気の透過性は、例えば以下のような試験に基づいて評価することができる。上記試験では、まず、容器を２つ用意して、一方の容器に水、他方の容器に非水電解液を収容する。内部に所定量の水または非水電解液を収容した状態で、それぞれの容器の開口部を通気性膜で塞ぐ。次いで、それぞれの容器を所定時間放置する。当該放置時の水または非水電解液の液量、時間条件、温度条件、圧力条件等は、下記含浸工程における条件と同様とするとよい。なお、本試験では、水を収容した容器と非水電解液を収容した容器とを同じ条件に置いて、上記放置を行う。
放置後、容器に残存する水または非水電解液の重量を測定する。
そして、通気性膜に対する水の透過率Ｔｗ（％）を下記式（１）：
透過率Ｔｗ（％）＝放置後の水の重量／放置前の水の重量×１００（１）
に基づいて算出する。
同様に、通気性膜に対する非水電解液の透過率Ｔｅ（％）を下記式（２）：
透過率Ｔｅ（％）＝
放置後の非水電解液の重量／放置前の非水電解液の重量×１００（２）
に基づいて算出する。
通気性膜に対する水の透過率Ｔｗ（％）は特に限定されないが、例えば１０重量％以下とすることができる。通気性膜に対する非水電解液由来の蒸気の透過率Ｔｅ（％）は、例えば１重量％以下とすることができ、０．５重量％以下であることが好ましく、０．１重量％以下であることがより好ましく、ゼロに近いほどよい。
通気性膜に対する、非水電解液由来の蒸気の透過性は、該通気性膜に対する水蒸気の透過性よりも小さい。例えば、水蒸気の透過性を１としたときに、非水電解液由来の蒸気の透過性は、例えば０．１以下であり、好ましくは０．０５以下であり、より好ましくは０．０１以下であり、さらに好ましくは０．００５以下であり、ゼロに近いほどよい。即ち、通気性膜に対する非水電解液の透過率Ｔｅ（％）は、水の透過率Ｔｗ（％）よりも小さく、透過率Ｔｅ（％）と水の透過率Ｔｗ（％）との比（Ｔｅ／Ｔｗ）は、上記範囲を満たし得る。
通気性膜の厚みは、ここで開示される技術の効果を実現し得る限り、限定されない。即ち、通気性膜の厚みは、電極体のサイズ、非水電解液の注液量、含浸工程Ｓ６における諸条件に合わせて、上述のような水蒸気の透過性や非水電解液由来の上記の透過性を実現するように、適宜設定され得る。
通気性膜の構成材料は、上記の性質を有する限りは特に限定されない。例えば、通気性膜は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる群から選ばれる少なくとも一種の樹脂材料で構成され得る。通気性膜は、例えばフィルムや不織布であってよく、市販品を使用してよい。
含浸工程Ｓ６では、注液孔の仮封止をした状態で、電極体に、非水電解液の少なくとも一部を含浸させる。上記連通によって、電池ケース１０内の圧力は、外部雰囲気と同程度に昇圧されている。上記連通直後は、電極体２０内の圧力が電池ケース１０内の圧力よりも低くなっているため、この圧力差によって、電極体２０内に非水電解液が含浸し得る。本工程では、例えば、電池ケース１０内に注液された非水電解液が所定の高さに低下するまで、二次電池組立体を所定の圧力条件および温度条件の下、所定時間放置する。上記圧力条件は、上記のとおり、外部雰囲気と同程度とすることができ、例えば大気圧である。上記温度条件は、例えば２０℃～３０℃であり、室温（２５℃）程度とすることができる。
上記放置時間は、製造する二次電池のサイズにもよるが、例えば、３時間～７２時間とすることができる。上記放置によって、電池ケース１０に注液された非水電解液の一部が揮発し得る。非水電解液の注液量を１００重量％としたときに、本工程における揮発許容量は、例えば、０．５重量％以下である。第１封止部材９０を用いた状態で、非水電解液の揮発量が当該揮発許容量を下回るように、上記放置時間を設定することができる。
上記通気性膜を備える第１封止部材９０を用いて仮封止を行うことによって、ここで開示される技術の効果が実現され得る。そのメカニズムについて、本発明者は、以下のように考察している（符号は、適宜図面を参照）。ただし、以下に記載のメカニズムに限定することを意図したものではない。
非水電解液は、例えば、電池ケース１０内における電極体２０外の空間の圧力Ｐｓと電極体２０内の圧力Ｐｅとの差や毛細管現象によって、電極体２０内に含浸する。この時、非水電解液の含浸にともなって電極体２０内の空間が減少し、電極体２０内の圧力Ｐｅが上昇して、電池ケース１０内の空間の圧力Ｐｓが低下する。ここで、仮封止するための部材が通気性を有しない場合、圧力Ｐｓは低下し続けるため、圧力Ｐｅよりも低くなる。そうすると、電池ケース１０内の空間と電極体２０内の空間との圧力関係が、非水電解液の含浸開始時から逆転する。このため、電極体２０内への非水電解液の含浸速度が低下し、含浸効率が悪くなる。
ここで開示される技術によると、仮封止のための第１部材が通気性を有する通気性膜を備えることによって、電池ケース１０内と外部雰囲気とが通気可能である。そのため、電極体２０への非水電解液の含浸が進んでも、上記圧力Ｐｓが低下しにくくなる。これによって、含浸効率を向上させることができる。また、上記通気性膜は、非水電解液由来の蒸気の透過性が低くなるように構成されており、電池ケース１０内と外部雰囲気とが通気しても、非水電解液由来の蒸気の揮発を抑制することができる。そのため、工程Ｓ６において、非水電解液を電極体２０に含浸させるための放置時間を延長することもできる。このようにしても、含浸効率を向上させることができる。
開封工程Ｓ７では、第１封止部材９０を取り除いて注液孔１５を開封する。具体的には、例えば、第１封止部材９０（本実施形態では、通気性膜）を剥がすことによって注液孔１５を開封する。工程Ｓ７を経た二次電池組立体は、注液孔１５の内周および／または周囲には、第１封止部材９０としての通気性膜の残渣が存在し得る。
封止工程Ｓ８では、第２封止部材１６を用いて注液孔１５を封止する。第２封止部材１６としては、この種の二次電池で使用される封止部材を特に限定なく使用することができる。一例として、第２封止部材１６として金属製の封止栓を用い、該封止栓を注液孔１５にはめ込む。次いで、第２封止部材１６で注液孔１５を塞いだ状態で、レーザ溶接等を施し、注液孔１５を封止する。その後、所定の条件の下、二次電池１００の初期充電およびエージング処理を行うことで、使用可能状態とすることができる。なお、ここで開示される二次電池組立体は、工程Ｓ５～工程Ｓ８にある製造過程にある二次電池組立体と、使用可能状態となった二次電池とを含む。
二次電池１００は、各種用途に利用可能である。好適な用途としては、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等の車両に搭載される駆動用電源が挙げられる。また、二次電池１００は、小型電力貯蔵装置等の蓄電池として使用することができる。二次電池１００は、典型的には複数個を直列および／または並列に接続してなる組電池の形態でも使用され得る。
上述した第１実施形態は、ここで開示される製造方法および二次電池組立体の一例に過ぎない。ここで開示される技術は、他の形態にて実施することができる。以下、ここで開示される技術の他の実施形態について説明する。
＜第２実施形態＞
上記第１実施形態では、第１封止部材９０が通気性膜からなっている。しかし、第１封止部材は、上記通気性膜を備えており、該通気性膜によって電池ケース１０と外部雰囲気との通気が可能であるように構成されていればよい。そのため、第１封止部材の構成は、これに限定されない。一例として、図７に示す構成の第１封止部材２９０も使用可能である。図７は、第２実施形態に係る製造方法における仮封止工程を示す部分断面図である。第１封止部材２９０は、封止栓本体２９５と、通気性膜２９９とを有する。封止栓本体２９５は、ベース部２９１と、筒部２９２とを有する。ベース部２９１は、平板状であり、貫通孔を有する。ベース部２９１の平面形状は特に限定されず、矩形状であってよく、円状であってよい。筒部２９２は中空円筒状であり、ベース部２９１から高さ方向Ｚの下側（Ｄ側）に延びている。筒部２９２の外周には、ねじ切り加工が施されている。ベース部２９１の貫通孔と、筒部２９２とが相互に連結して、封止栓本体２９５に貫通孔２９３が形成される。即ち、封止栓本体２９５は、貫通孔２９３を有しており、中空円筒状である。
通気性膜２９９は、封止栓本体２９５の貫通孔２９３を塞いでいる。具体的には、図７に示すように、通気性膜２９９は、ベース部２９１の上側表面に設けられており、貫通孔２９３の上端を覆っている。
図７に示すように、第１封止部材２９０の筒部２９２が、注液孔２１５に螺合されている。具体的には、注液孔２１５の内周面には、工程Ｓ８で第２封止部材を注液孔２１５に螺合するために、中空円筒状の連結部材２１８が設けられている。この連結部材２１８を、第１部材２９０との螺合に使用してよい。連結部材２１８の内周面には、ねじ切り加工が施されている。封止栓本体２９５の筒部２９２は、連結部材２１８の中空内部に挿入されている。ここで、筒部２９２と連結部材２１８とが螺合されている。連結部材２１８の上端部は、ベース部２９１の下表面と接触している。
第２実施形態では、上記のとおり、封止工程Ｓ８において、第２封止部材として、連結部材２１８の内周に螺合できるようにねじ切り加工された封止栓等を使用し得る。第２実施形態で採用される第１封止部材２９０および注液孔２１５の構成は、電極体２０への非水電解液の含浸効率を高めるとともに、第１封止部材２９０の取り外しをより容易とすることができる。また、第１封止部材２９０は、取り外し後に再利用され得る。なお、第２実施形態に係る二次電池の製造方法は、上述した点を除いて、第１実施形態に係る製造方法と同様であってよい。
＜第３実施形態＞
上記第２実施形態では、中空円筒状の第１封止部材２９０のベース部２９１の上端面に通気性膜２９９を設けていた。しかし、第１封止部材２９０の中空を塞ぐことができる限り、通気性膜２９９を設ける部位は、特に限定されない。例えば、中空円筒状の封止栓本体２９５の貫通孔２９３の内部に通気性膜２９９を設け、第１封止部材２９０の中空内部を塞いでよい。
以上、ここで開示される技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。ここで開示される技術には上記の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、ここで開示される技術は、ナトリウムイオン二次電池にも適用することができる。また、ここで開示される技術は、積層電極体を備える二次電池にも適用することができる。
１０ 電池ケース
１２ ケース本体
１４ 蓋体
１５ 注液孔
１６ 第２封止部材
１７ 安全弁
２０ 電極体
２２ 正極（正極シート）
２２ａ 正極活物質層
２２ｃ 正極集電箔
２２ｐ 正極保護層
２２ｔ 正極タブ
２３ 正極タブ群
２４ 負極（負極シート）
２５ 負極タブ群
２６ セパレータ
３０ 正極外部端子
４０ 負極外部端子
５０ 正極内部端子
６０ 負極内部端子
７０ チャンバ
８０ 配管
９０ 第１封止部材
１００ 二次電池
２１５ 注液孔
２９０ 第１封止部材

Claims (7)

  1. 正極および負極を有する電極体と、
    非水電解液と、
    前記電極体と前記非水電解液とを収容する電池ケースであって、前記非水電解液を注液するための注液孔を有する電池ケースと、
    を備える二次電池を製造する方法であって、
    前記電池ケースに前記電極体が収容された状態で、該電池ケースの内部を負圧にすること；
    前記電池ケースの内部が負圧となった状態で、前記注液孔を介して前記電池ケースの内部に前記非水電解液を注液すること；
    前記非水電解液注液後に、前記電池ケースの内部と外部雰囲気とを連通させること；
    前記連通後、第１封止部材を用いて前記注液孔を仮封止すること；
    前記注液孔の仮封止をした状態で、前記電極体に、前記非水電解液の少なくとも一部を含浸させること；
    前記第１封止部材を取り除いて前記注液孔を開封すること；および、
    第２封止部材を用いて前記注液孔を封止すること、
    を包含し、
    ここで、前記第１封止部材は、通気性を有する通気性膜を備えており、
    前記仮封止後の前記電池ケースの内部と外部雰囲気とは、前記通気性膜を介して通気可能であり、
    前記通気性膜に対する、前記非水電解液由来の蒸気の透過性は、該通気性膜に対する水蒸気の透過性よりも小さい、製造方法。
  2. 前記第１封止部材は、貫通孔を有する封止栓本体と、前記通気性膜とを有しており、
    前記通気性膜が前記封止栓本体の前記貫通孔を塞いでいる、請求項１に記載の製造方法。
  3. 前記正極は、長尺な帯状の正極シートであり、
    前記負極は、長尺な帯状の負極シートであり、
    前記電極体は、前記正極シートおよび前記負極シートが、セパレータを介在させつつ積層されて、シート長手方向に直交する捲回軸を中心として捲回された捲回電極体であり、
    ここで、前記正極シート、前記負極シート、および前記セパレータの積層面は、前記捲回軸方向の両端から前記電極体の外部に対して開放されている、請求項１または２に記載の製造方法。
  4. 前記通気性膜は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、およびポリテトラフルオロエチレンからなる群から選ばれる少なくとも一種の樹脂材料で構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の製造方法。
  5. 正極および負極を有する電極体と、
    非水電解液と、
    前記電極体と前記非水電解液とを収容する電池ケースであって、前記非水電解液を注入するための注液孔を有する電池ケースと、
    を備える二次電池組立体であって、
    前記注液孔および／またはその周囲には、通気性を有する通気性膜および／または該通気性膜の残渣が存在しており、
    前記通気性膜に対する、前記非水電解液由来の蒸気の透過性は、該通気性膜に対する水蒸気の透過性よりも小さい、二次電池組立体。
  6. 前記正極は、長尺な帯状の正極シートであり、
    前記負極は、長尺な帯状の負極シートであり、
    前記電極体は、前記正極シートおよび前記負極シートが、セパレータを介在させつつ積層されて、シート長手方向に直交する捲回軸を中心として捲回された捲回電極体であり、
    ここで、前記正極シート、前記負極シート、および前記セパレータの積層面は、前記捲回軸方向の両端から前記電極体の外部に対して開放されている、請求項５に記載の二次電池組立体。
  7. 前記通気性膜は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、およびポリテトラフルオロエチレンからなる群から選ばれる少なくとも一種の樹脂材料で構成されている、請求項５または６に記載の二次電池組立体。
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