JP3795713B2 - シート型電池の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミラミネートパック等のフィルム状外装体を用いたリチウムイオン電池などのシート型電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、様々な形の電池がエレクトロニクスの分野から自動車用途あるいは電力貯蔵を意図した大型まで広く利用されている。このような電池において、通常電解液は液体状で用いられているが、これを固体状に置き換えることにより、液漏れの防止および電池のシート構造化が可能になることが予想され、次世代タイプの電池として注目を集めている。特に現在、携帯電話、ノートブックパソコン等で急速に利用されているリチウムイオン二次電池等がシート化あるいは積層小型化が実現できれば、さらに応用展開が加速されることと予測されている。
【０００３】
こうした固体状の電解質として、セラミックス材料、あるいは高分子材料あるいはそれらを複合化した材料が提案されている。その中で高分子材料を電解液等で可塑化したゲル電解質は、液体系の高導電率と高分子系のプラスチック性を兼ね備えており、固体電解質として有望視されている。このような固体電解質を用いた電池の長所の一つは、薄型大面積化、すなわちシート状形態化を可能にする点である。これによりさらに応用用途の展開が加速される。
【０００４】
しかしながら、このようなシート型電池の利点を引き出すためには、従来の円筒型あるいは角形電池のように金属製のケースを用いた場合、電池全体の重量や厚みは金属ケースの占める割合が大きいためシート型電池にした利点が相殺される。したがって、シート型電池の利点を活かすためには、薄型化、軽量化が可能な外装ケースを適用する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなシート型電池の外装体としては、例えば樹脂製の薄型ケースあるいはアルミラミネートパック等が考えられる。これらを用いる場合、従来のような電池素体への電解液の含浸後に外装体への封入を行うと、電池素体から外部へのリード取り出し用の金属とラミネート樹脂との接着部に電解液が付着することで接着力が弱まり、液漏れが発生するという問題がある。また、電池素体への電解液の含浸を行った後、余分な電解液を除去する工程も煩雑で信頼性に乏しい。また、従来のリチウムイオン電池には、厚い金属缶が用いられているため、初期充電時に発生するガスにより、外装ケースが膨張するという問題は生じなかったが、樹脂製の薄型ケースあるいはアルミラミネートパック等の袋状体をケースに用いた場合、そのガス発生により、外装ケースが膨張してしまうため、発生したガスを除去する必要が生じる。
【０００６】
ガス発生による膨張を防止するため、外装ケースの一部に開放部を作成した状態で初期の充電を行い、その後に開放部のシールを行うという方法が考えられるが、その場合、露点−３０℃以下のドライな環境下に定電流電源あるいは定電圧電源を設置しなければならず、コスト的にも効率的にも問題を生じる。
【０００７】
また、特開平１０−３０８２４０号公報では、外装ケースに電池素体を収納するための収納空間と、この収納空間と連通した予備空間を設け、初期充電を行った後、予備空間に収納空間のガスを貯め、その後、予備空間と収納空間の連通部を遮断し、さらに予備空間を切除するガス抜き方法が示されている。このように、外装ケースの一部を遮断し、ガス抜きすることでも、コスト的、効率的に非常に有利になるが、外装ケースに無駄な部分を必要とし、それらを切断および廃棄しなければならなくなる。
【０００８】
本発明の目的は、薄く軽量な外装体に電池素体を封入する際に問題となる金属リードとラミネート樹脂との接着性の悪さから起こる液漏れを防止し、さらに初期充電時に発生するガスを簡単にガス抜きでき、材料の無駄を生じないシート型電池の製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
（１）リード部を取り付けた電池素体を外装用フィルムで包み、
前記外装用フィルムによって形成された開口部を封口して接合部を設け、
前記外装用フィルムで形成したフィルム状外装体内に前記電池素体が封入されたシート型電池を製造するシート型電池の製造方法において、
前記外装用フィルムによって形成された前記開口部から電解液を注液し、前記外装体の内部と連通し且つ前記外装体の外部と隔離される未接合部が前記外装体に設けられるように前記開口部を封口して接合部を設ける工程と、
前記未接合部に、前記外装体の内部と外部とを連通させる第１の孔を開けて前記第１の孔の真空シールを行う工程と、
初回の充電後、前記未接合部に、前記外装体の内部と外部とを連通させる第２の孔を開けて、前記第２の孔の真空シールを行う工程とを有し、
前記電解液の注液前に、前記電池素体の前記リード部が存在する前記外装体の部分同士を予め封口する工程を有する、
シート型電池の製造方法。
（２）リード部を取り付けた電池素体を外装用フィルムで包み、
前記外装用フィルムによって形成された開口部を封口して接合部を設け、
前記外装用フィルムで形成したフィルム状外装体内に前記電池素体が封入されたシート型電池を製造するシート型電池の製造方法において、
前記外装体の内部と連通し且つ前記外装体の外部と隔離される未接合部が前記外装体に設けられるように前記外装用フィルムの一部同士を接合する工程と、
前記外装用フィルムの前記開口部から電解液を注液し、前記開口部を封口して前記接合部を設ける工程と、
前記未接合部に、前記外装体の内部と外部とを連通させる第１の孔を開けて、前記第１の孔の真空シールを行う工程と、
初回の充電後、前記未接合部に前記外装体の内部と外部とを連通させる第２の孔を開けて、前記第２の孔の真空シールを行う工程とを有し、
前記電解液の注液前に、前記電池素体の前記リード部が存在する前記外装体の部分同士を予め封口する工程を有する、
シート型電池の製造方法。
（３）リード部を取り付けた電池素体を外装用フィルムで包み、
前記外装用フィルムによって形成された開口部を封口して接合部を設け、
前記外装用フィルムで形成したフィルム状外装体内に前記電池素体が封入されたシート型電池を製造するシート型電池の製造方法において、
前記外装体の内部と連通し且つ前記外装体の外部と隔離される第１未接合部が前記外装体に設けられるように前記外装用フィルムの一部同士を接合する工程と、
前記外装用フィルムの前記開口部から電解液を注液し、前記外装体の内部と連通し且つ前記外装体フィルムの外部と隔離される第２未接合部が前記外装体に設けられるように前記開口部を封口して接合部を設ける工程と、
前記第１未接合部に、前記外装体の内部と外部とを連通させる第１の孔を開けて前記第１の孔の真空シールを行う工程と、
初回の充電後、前記第２未接合部に、前記外装体の内部と外部とを連通させる第２の孔を開けて、第２の孔の真空シールを行う工程と、
前記電解液の注液前に、前記電池素体の前記リード部が存在する前記外装体の部分を予め封口する工程を有する、
シート型電池の製造方法。
（４）前記電池素体が、正極とセパレータと負極とを有し、これらの各部材の一部のみが接着されたものである上記（１）〜（３）のいずれかのシート型電池の製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のシート型電池の製造方法は、電池素体を外装用フィルムで包み、外装用フィルムの開口部を封口して接合部を設け、外装用フィルムで形成したフィルム状外装体内に電池素体を封入するものである。この場合、外装体の接合部の一部に、外装体に対し、外装体の内部と外部とを連通させる２カ所の孔を開けられるような開孔用未接合部を設ける。このような未接合部は、外装体の内部と連通し、かつ外装体の外部とは隔離されたものである。そして、本発明では、上記の未接合部において２カ所の孔を開けた後に、真空シール、好ましくは真空熱シールを行う工程が施される。
【００１１】
上記の２カ所の孔の開孔は、別々に行われるが、１カ所目の開孔は、外装体内に電解液を注入し、真空シールを施すのに先立って行われるものであり、電池素体に対する電解液の含浸が十分となり、電解液の含浸が十分となるような真空シール条件下においても、孔の存在により電解液の突沸による電解液の減量を防止することができる。また、フィルム状外装体は柔軟性を有するので、上記の真空シールにより内部電池素体にそった真空シールを行うことができ、必要最小量の電解液を用いるのみで含浸が可能になる。
【００１２】
また、２カ所目の開孔は、初期充電時に発生するガスを抜くためのものであり、初期充電の後の真空シールに先立って行われる。
【００１３】
このように、フィルム状外装体において２カ所の開孔が可能な未接合部を設け、開孔と真空シールの工程を繰り返すことによって、外装体に収納した状態で、電池素体に対し、必要最低限の液量の電解液を用いて電解液の含浸を十分に行うことができ、このため電解液に浸漬した電池素体を外装体に収納する場合に比べて液漏れが少なくなり、しかも初期充電時のガス発生によるフィルム状外装体の膨張を効率よく防止することができる。
【００１４】
また、本発明では、電池素体のリード部が存在する外装体部分を封口した後に、外装体の別の開口箇所から電解液を注液することが好ましい。これにより、リード部側から外装体内に電解液を注液した場合、リード部と外装体との接着部に電解液が付着して接着力が低下し、電解液の液漏れが生じるが、こうした液漏れを防止することができる。
【００１５】
また、本発明では、電解液の注入は、正極、セパレーター、負極等の各部材の一部のみが接着している電池素体に対して行うことが好ましい。これにより、真空シール時の電解液の含浸が進行しやすくなる。
【００１６】
次に、図１に従って本発明のシート型電池の製造方法を説明する。まず、例えば、外装用の矩形のラミネートフィルムをその中間で折り返して重ね合わせ、その重ね合わせたラミネートフィルム間に、リード部７、８を取り付けた電池素体６を、リード部７、８がラミネートフィルム外に突き出るようにして入れる。そして、この折り返して重ね合わせた場合の三辺の開口部の対向する二辺の端部を接合して封口し外装体１１を形成する。最終的には、外装体１１の三辺には、折り返したフィルムの端部同士を接合した接合部（シール部）１〜３が形成されることになる。まず、接合部１〜３のうち２カ所を接合（シール）する。接合は接合部２または３のいずれかを残して行うことが好ましい。接合前の接合部２または３の開口から電解液を外装体１１内に注入するのは、注入口をリード部７、８が存在する接合部１の部分とすると、リード部７、８は外装体１１と接合部９、１０を介して接着されるので、接着部９、１０に電解液が付着してその接着力が弱まり、接合部１から液漏れが起こる危険があるからである。
【００１７】
したがって、接合部１と、２または３を接合することになるが、例えば接合部２を接合する場合、図示のように、その一部に、接合部２の一辺の全長に亘って矩形状の開孔用の未接合部４を形成する。５７mm×６５mm程度の大きさの外装体１１、４７mm×３３mm程度の大きさの電池素体６（リード部７、８は除く）としたとき、接合部２の信頼性と全体の大きさからこの未接合部４の幅ｗは、３〜１０mmであることが好ましい。
【００１８】
このような未接合部４の形成方法としては、接合の際の、例えば超音波溶着のホーンや熱溶着を行う型の外装用フィルムと当たる面にフィルムに当たらないように未接合部の形状の凹部を形成したホーンや型を用いればよい。
【００１９】
次に、開口状態の接合部３の注入口から電解液を所定量滴下し、その後、その部分を封口し、接合部３を形成する。この接合部３にも、接合部２と同様の開孔用未接合部５を形成する。
【００２０】
そして、未接合部４または５のいずれかに、例えば未接合部４に孔を開けて真空シールを行う。これにより、外装体１１内の電解液の突沸による電解液の減量を防ぐことができ、さらには柔らかい外装体を用いることで、内部電池素体にそった真空シールが行えるため、必要最小量での電解液の含浸が可能となる。これにい対し、開口状態の接合部３の封口を真空シールで行うなどのように、開孔せずに真空シールを行うと電解液の突沸により電解液量の一定量が不可能となる。また、電解液が突沸しない程度の減圧条件下で真空シールを試みると、電解液の含浸が不十分で、良好な電池特性が得られない。
【００２１】
上記における開孔は、未接合部４の外装体１１に例えば針を通し、外装体１１の外部と内部とを連通させることにより行う。この孔は未接合部４を構成する２枚のフィルム片方のみに設けることが好ましいが、両方のフィルムを突き抜けるように形成してもよい。孔の位置は、未接合部４のいずれであってもよい。また、孔の大きさは、通常、直径０．３〜１．５mm、特に０．５〜１mm程度である。
【００２２】
また、真空シールの条件は１×１０-3Ｐａ以下の真空雰囲気中で行うことが好ましい。特に真空熱シールを行うことが好ましいが、その場合の温度条件はラミネート樹脂が充分融着する温度（例えばポリプロピレンをラミネート樹脂に用いる場合は２００℃程度）であることが好ましい。真空熱シールによって、上記の開孔は塞がれる。
【００２３】
電解液が注入される際の電池素体６は、正極、セパレーター、負極等の各部材の一部のみが接着されたものの方が、全面を熱スタックにより一体化したものや、きつく巻かれたものよりも、注液した電解液が短時間で馴染みやすいため好ましい。
【００２４】
各部材の一部のみを接着した電池素体を用いた場合は、真空シールによる電解液含浸後に熱プレスを行うことで電池素体を一体化する。
【００２５】
熱プレスは７０〜９０℃の温度、１〜６kgf/cm2の圧力で行うことが好ましい。
【００２６】
次に、少なくとも１回、充放電操作が行われるが、その初期充放電の後に、未接合部５に開孔し、その後真空シールを行う。これにより初期充電時に発生したガスのガス抜きを簡単な方法で無駄な部分を生じることなく行うことができる。
【００２７】
この場合の開孔も前記と同様に行うことができ、好ましい態様も同様である。
【００２８】
ガス抜き工程は、１×１０-3Ｐａ以下の真空雰囲気中で行うことが好ましい。
【００２９】
ガス抜き孔の大きさは、通常、直径０．３〜１．５mm、特に０．５〜１mm程度である。
【００３０】
真空シールの条件等は前記と同様であり、特に真空熱シールを行うことが好ましいが、その場合の温度条件等も同様である。真空熱シールによって、上記の開孔は塞がれる。
【００３１】
このようにして、シート型電池の製造を行うことができる。
【００３２】
電池が収納された外装体１１は、図１に限られるものではなく、図２に示されるものであってもよい。図２のものは、図１において、接合部３に形成される開孔用未接合部の形状が異なるのみであり、その他は同一のものであり、同一の符号を用いて示している。図２の未接合部４Ａは、接合部３の一部に矩形状に設けられたものである。未接合部４Ａの大きさは、図２に従って、ａ＝５〜８mm、ｂ＝５〜１５mm程度であることが好ましい。
【００３３】
また、電池が収納された外装体１１は、図３に示されるものであってもよい。図３のものも、図１において、接合部３に形成される開孔用未接合部の形状が異なるのみであり、その他は同一のものであり、同一の符号を用いて示している。図３の未接合部４Ｂは、接合部３の一部に略Ｌ字に設けられたものである。未接合部４Ｂの大きさは、図３に従って、ｃ＝５〜８mm、ｄ＝５〜１５mm、ｅ＝５〜１０mm、ｆ＝３〜７mm程度であることが好ましい。
【００３４】
図２、図３のような形状の開孔用未接合部とすることによって、シールの信頼性がさらに向上し、電解液の減量がさらに少なくなる。なお、孔の位置については特に制限はない。
【００３５】
図示例に限らず、開孔用未接合部の形成位置、形状、あるいは接合部２、３における形状の組合せなどについては、本発明の範囲内で種々のものとすることができる。例えば、開孔用未接合部の形状は、接合部２、３において、いずれも、未接合部４Ａ、４Ｂと同じにすることができる。また、接合部２、３に未接合部を形成する方が好ましいが、場合によっては接合部１に形成してもよい。
【００３６】
本発明のシート型電池の製造方法に用いることができる外装体１１の材質としては、電池素体６との接触により化学変化を生じず、また、電解液の漏出やガス透過を防ぐことができ、また、破損しにくく、接着性のよいフィルムを用いることができる。例えばアルミニウム等の金属層の両面に、熱接着性樹脂層としてのポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂層や耐熱性のポリエステル樹脂層が積層されたラミネートフィルムなどが用いられる。
【００３７】
また、リード部７、８はアルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス銅等の金属製である。リード部７、８と外装体１１との接着部９、１０には、金属と外装体（通常、樹脂層）との密着性を向上させるために、例えばカルボン酸等の酸変性ポリエチレン、酸変性ポリプロピレン、エポキシ樹脂、変性イソシアネート等を接着剤として用いることができる。接着部９、１０はチューブ状としてリード部に被せて熱融着することによって形成してもよい。
【００３８】
本発明における電池構造は、通常、正極、負極および好ましくは電解液含浸によりゲル化する高分子固体電解質を有する構造であり、積層型電池や円筒型電池等に適用される。
【００３９】
負極には、炭素材料、リチウム金属、リチウム合金あるいは酸化物材料のような負極活物質を用い、正極には、リチウムイオンがインターカレート・デインターカレート可能な酸化物または炭素材料のような正極活物質を用いることが好ましい。
【００４０】
リチウムイオンがインターカレート・デインターカレート可能な酸化物としては、リチウムを含む複合酸化物が好ましく、例えば、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＶ2Ｏ4などが挙げられる。これらの酸化物の粉末の平均粒子径は１〜４０μm 程度であることが好ましい。
【００４１】
電極には、必要により導電助剤が添加される。導電助剤としては、好ましくは黒鉛、カーボンブラック、炭素繊維、ニッケル、アルミニウム、銅、銀等の金属が挙げられ、特に黒鉛、カーボンブラックが好ましい。
【００４２】
電極組成は、正極では、重量比で、活物質：導電助剤：ゲル電解質＝３０〜９０：３〜１０：１０〜７０の範囲が好ましく、負極では、重量比で、活物質：導電助剤：ゲル電解質＝３０〜９０：０〜１０：１０〜７０の範囲が好ましい。ゲル電解質は、特に限定されず、通常用いられているものを用いればよい。また、ゲル電解質を含まない電極も好適に用いられる。この場合、バインダとしてはフッ素樹脂、フッ素ゴム等を用いることができ、バインダの量は３〜３０wt％程度とする。
【００４３】
電極の製造は、まず、活物質と必要に応じて導電助剤を、ゲル電解質溶液またはバインダ溶液に分散し、塗布液を調製する。
【００４４】
そして、この電極塗布液を集電体に塗布する。塗布する手段は特に限定されず、集電体の材質や形状などに応じて適宜決定すればよい。一般に、メタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等が使用されている。その後、必要に応じて、平板プレス、カレンダーロール等により圧延処理を行う。
【００４５】
集電体は、電池の使用するデバイスの形状やケース内への集電体の配置方法などに応じて、適宜通常の集電体から選択すればよい。一般に、正極にはアルミニウム等が、負極には銅、ニッケル等が使用される。なお、集電体は金属箔、金属メッシュなどが、通常、使用される。金属箔よりも金属メッシュの方が電極との接触抵抗が小さくなるが、金属箔でも十分小さな接触抵抗が得られる。
【００４６】
そして、溶媒を蒸発させ、電極を作製する。塗布厚は、５０〜４００μm 程度とすることが好ましい。
【００４７】
高分子膜（セパレータ）は、例えば、ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド））系、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）系等の高分子微多孔膜を用いることができる。
【００４８】
このような正極、高分子膜（セパレータ）、負極をこの順に積層し、圧着して電池素体とする。
【００４９】
高分子膜に含浸させる電解液は一般に電解質塩と溶媒よりなる。電解質塩としては、例えば、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＳＯ3 ＣＦ3 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＮ（ＳＯ2 ＣＦ3 ）2 等のリチウム塩が適用できる。
【００５０】
電解液の溶媒としては、前述の高分子固体電解質、電解質塩との相溶性が良好なものであれば特に制限はされないが、リチウム電池等では高い動作電圧でも分解の起こらない極性有機溶媒、例えば、エチレンカーボネート（略称ＥＣ）、プロピレンカーボネート（略称ＰＣ）、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート（略称ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン等の環式エーテル、１，３−ジオキソラン、４−メチルジオキソラン等の環式エーテル、γ−ブチロラクトン等のラクトン、スルホラン等が好適に用いられる。３−メチルスルホラン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン、エチルジグライム等を用いてもよい。
【００５１】
溶媒と電解質塩とで電解液を構成すると考えた場合の電解質塩の濃度は、好ましくは０．３〜５mol/lである。通常、１mol/l辺りで最も高いイオン伝導性を示す。
【００５２】
このような電解液に微多孔性の高分子膜を浸漬すると、高分子膜が電解液を吸収してゲル化し、高分子固体電解質となる。
【００５３】
高分子固体電解質の組成を共重合体／電解液で示した場合、膜の強度、イオン伝導度の点から、電解液の比率は４０〜９０wt％が好ましい。
【００５４】
なお、金属リード部は超音波溶接や抵抗溶接等により集電体に接合する。
【００５５】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって説明する。比較例も併せて示す。
＜実施例＞
図１に示されるようなシート型電池を作製した。
【００５６】
ＬｉＣｏＯ2、カーボンブラック、グラファイト、ＰＶＤＦおよびＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）からなる正極スラリーを、アルミニウム箔上に塗布し正極を作製した。正極は電池の構成上、１００μｍ箔に片面塗布形状と２０μｍ箔に両面塗付形状の２種類作製した。メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、カーボンブラック、ＰＶＤＦおよびＮＭＰからなる負極スラリーを１０μｍ厚の銅箔上に両面塗布し負極を作製した。セパレーターにはＰＶＤＦ多孔質膜、厚さ４０μm のものを使用した。
【００５７】
上記電極、およびセパレーターを所定の形状に切断し、それらを正極、セパレーター、負極、セパレーター、正極、…というようにシートの中央に点付けした接着剤を１１０℃で融着しながら積層して電池を作製した。接着剤には、エチレン−メタアクリル酸共重合体を用いた。この接着剤により仮固定した積層体に正極タブにアルミニウムリボンを負極タブにニッケルリボンを溶接してリードを取り出した。
【００５８】
外装用フィルムは、ＰＥＴ（１２μｍ）／アルミニウム（２０μｍ）／ＰＥＴ（１２μｍ）／ＰＰ（８０μｍ）からなるラミネート材を用いた。ＰＰ側を電池素体側とした。
【００５９】
リードとラミネート樹脂との接着部（図１の９、１０の部分）に変性ポリプロピレンを５０μm 厚に融着し、アルミラミネートパックで包装した。その際、図１の１、２の部分のシールを行った。
【００６０】
未接合部（図１の３）より１Ｍ−ＬｉＰＦ6／ＥＣ＋ＤＭＣ（１：２）を約２．７g 注液し、図１の未接合部３の部分のシールを行った。
【００６１】
開孔用未接合部（孔開けスペース（図１の４、５））の幅は約５mmとした。孔開けスペース（図１の４）に針で孔を開け、真空シールを行った後、ラミネートパック内の構造体を一体化するために、８０℃で熱プレスを行った。プレス条件は３kgf/cm2、１分とした。また、真空シールは、２００℃程度の真空熱シールとし、真空時間１０秒、シール時間２秒、冷却時間８秒と設定して行った。
【００６２】
初回の充放電を行った後、孔開け用の未接合部５に針で孔を開け、真空シールを行うことで、初回充電時に発生したガスのガス抜きを行った。真空シールは、上記と同様にして行った。
【００６３】
このようにして作製した電池のサイクル特性を図４に、レート特性を図５に示す。また、作製した電池５０個中の液漏れした電池の個数を調べたところ、液漏れしたものは全くなかった。
【００６４】
以上の結果より、本発明の電池は、サイクル特性、レート特性に優れ、かつ液漏れがないことがわかる。
【００６５】
＜比較例＞
実施例と製法をかえ、図１に示されるような電池を作製した。
【００６６】
ＬｉＣｏＯ2、カーボンブラック、グラファイト、ＰＶＤＦ、およびＮＭＰからなる正極スラリーを、アルミニウム箔上に塗布し正極を作製した。正極は電池の構成上、１００μm 箔に片面塗布形状と２０μm 箔に両面塗布形状の２種類を作製した。ＭＣＭＢ、カーボンブラック、ＰＶＤＦおよびＮＭＰからなる負極スラリーを１０μm 厚の銅箔上に両面塗布し負極を作製した。セパレーターにはＰＶＤＦ多孔質膜、厚さ４０μm のものを使用した。
【００６７】
上記電極、およびセパレーターを所定の形状に切断し、それらを正極、セパレーター、負極、セパレーター、正極、…というようにシートの中央部に点付けした接着剤を１１０℃で融着しながら積層して電池を作製した。接着剤には、エチレン−メタアクリル酸共重合体を用いた。この接着剤により仮固定した積層体の正極タブにアルミニウムリボンを負極タブにニッケルリボンを溶接してリード部を取り出した後、リードとラミネート樹脂との接着部（図１の９、１０）の部分に変性ポリプロピレンを融着し、１Ｍ−ＬｉＰＦ6／ＥＣ＋ＤＭＣ（１：２）中に浸漬、ゲル化後、余分な電解液を除去した。電解液量は、２．８〜３．０g となった。
【００６８】
なお、外装用フィルムは実施例と同じものを用いた。
【００６９】
上記の積層体を図１の２、３がシールされているアルミラミネートパックに挿入し、図１の１の部分のシールを行った後、ラミネートパック内の構造体を一体化するために、実施例と同様に８０℃で熱プレスを行った。初回の充放電を行った後、孔開け用の未接合部に針で孔を開け、真空シールを行うことで、初回充電時に発生したガスのガス抜きを行った。この条件は実施例と同様とした。
【００７０】
このようにして作製した電池で液漏れしなかったものでは、サイクル特性、レート特性とも実施例と同特性であった。しかしながら、作製した電池５０個中、約半数の２３個が液漏れした。
【００７１】
このように、比較例では、開孔工程と真空シール工程を１回のみとし、かつ予め電池素体を電解液に浸漬してから外装体内に入れるという方法が採られるが、余分な電解液を除去する必要がある上、このような製法では液漏れが発生することがわかった。
【００７２】
【発明の効果】
以上の結果から明らかなように、本発明のアルミラミネートパック等のフィルム状外装体を用いた電池の製造方法によれば、電池の製造工程が簡略化されるだけでなく、必要最低限の電解液量で電池の作製が可能となる上、さらに、作製した電池の電解液の漏液の危険性が非常に低くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシート型電池の製造方法において、電池素体を外装体に封入した状態の一例を示す平面図である。
【図２】本発明のシート型電池の製造方法において、電池素体を外装体に封入した状態の他例を示す平面図である。
【図３】本発明のシート型電池の製造方法において、電池素体を外装体に封入した状態のさらに他例を示す平面図である。
【図４】実施例で作製した電池のサイクル特性を示すグラフである。
【図５】実施例で作製した電池のレート特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１、２、３ 接合部
４、４Ａ、４Ｂ、５ 開孔用未接合部
６ 電池素体
７、８ リード部
９、１０ 接着部
１１ 外装部
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミラミネートパック等のフィルム状外装体を用いたリチウムイオン電池などのシート型電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、様々な形の電池がエレクトロニクスの分野から自動車用途あるいは電力貯蔵を意図した大型まで広く利用されている。このような電池において、通常電解液は液体状で用いられているが、これを固体状に置き換えることにより、液漏れの防止および電池のシート構造化が可能になることが予想され、次世代タイプの電池として注目を集めている。特に現在、携帯電話、ノートブックパソコン等で急速に利用されているリチウムイオン二次電池等がシート化あるいは積層小型化が実現できれば、さらに応用展開が加速されることと予測されている。
【０００３】
こうした固体状の電解質として、セラミックス材料、あるいは高分子材料あるいはそれらを複合化した材料が提案されている。その中で高分子材料を電解液等で可塑化したゲル電解質は、液体系の高導電率と高分子系のプラスチック性を兼ね備えており、固体電解質として有望視されている。このような固体電解質を用いた電池の長所の一つは、薄型大面積化、すなわちシート状形態化を可能にする点である。これによりさらに応用用途の展開が加速される。
【０００４】
しかしながら、このようなシート型電池の利点を引き出すためには、従来の円筒型あるいは角形電池のように金属製のケースを用いた場合、電池全体の重量や厚みは金属ケースの占める割合が大きいためシート型電池にした利点が相殺される。したがって、シート型電池の利点を活かすためには、薄型化、軽量化が可能な外装ケースを適用する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなシート型電池の外装体としては、例えば樹脂製の薄型ケースあるいはアルミラミネートパック等が考えられる。これらを用いる場合、従来のような電池素体への電解液の含浸後に外装体への封入を行うと、電池素体から外部へのリード取り出し用の金属とラミネート樹脂との接着部に電解液が付着することで接着力が弱まり、液漏れが発生するという問題がある。また、電池素体への電解液の含浸を行った後、余分な電解液を除去する工程も煩雑で信頼性に乏しい。また、従来のリチウムイオン電池には、厚い金属缶が用いられているため、初期充電時に発生するガスにより、外装ケースが膨張するという問題は生じなかったが、樹脂製の薄型ケースあるいはアルミラミネートパック等の袋状体をケースに用いた場合、そのガス発生により、外装ケースが膨張してしまうため、発生したガスを除去する必要が生じる。
【０００６】
ガス発生による膨張を防止するため、外装ケースの一部に開放部を作成した状態で初期の充電を行い、その後に開放部のシールを行うという方法が考えられるが、その場合、露点−３０℃以下のドライな環境下に定電流電源あるいは定電圧電源を設置しなければならず、コスト的にも効率的にも問題を生じる。
【０００７】
また、特開平１０−３０８２４０号公報では、外装ケースに電池素体を収納するための収納空間と、この収納空間と連通した予備空間を設け、初期充電を行った後、予備空間に収納空間のガスを貯め、その後、予備空間と収納空間の連通部を遮断し、さらに予備空間を切除するガス抜き方法が示されている。このように、外装ケースの一部を遮断し、ガス抜きすることでも、コスト的、効率的に非常に有利になるが、外装ケースに無駄な部分を必要とし、それらを切断および廃棄しなければならなくなる。
【０００８】
本発明の目的は、薄く軽量な外装体に電池素体を封入する際に問題となる金属リードとラミネート樹脂との接着性の悪さから起こる液漏れを防止し、さらに初期充電時に発生するガスを簡単にガス抜きでき、材料の無駄を生じないシート型電池の製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
（１）リード部を取り付けた電池素体を外装用フィルムで包み、
前記外装用フィルムによって形成された開口部を封口して接合部を設け、
前記外装用フィルムで形成したフィルム状外装体内に前記電池素体が封入されたシート型電池を製造するシート型電池の製造方法において、
前記外装用フィルムによって形成された前記開口部から電解液を注液し、前記外装体の内部と連通し且つ前記外装体の外部と隔離される未接合部が前記外装体に設けられるように前記開口部を封口して接合部を設ける工程と、
前記未接合部に、前記外装体の内部と外部とを連通させる第１の孔を開けて前記第１の孔の真空シールを行う工程と、
初回の充電後、前記未接合部に、前記外装体の内部と外部とを連通させる第２の孔を開けて、前記第２の孔の真空シールを行う工程とを有し、
前記電解液の注液前に、前記電池素体の前記リード部が存在する前記外装体の部分同士を予め封口する工程を有する、
シート型電池の製造方法。
（２）リード部を取り付けた電池素体を外装用フィルムで包み、
前記外装用フィルムによって形成された開口部を封口して接合部を設け、
前記外装用フィルムで形成したフィルム状外装体内に前記電池素体が封入されたシート型電池を製造するシート型電池の製造方法において、
前記外装体の内部と連通し且つ前記外装体の外部と隔離される未接合部が前記外装体に設けられるように前記外装用フィルムの一部同士を接合する工程と、
前記外装用フィルムの前記開口部から電解液を注液し、前記開口部を封口して前記接合部を設ける工程と、
前記未接合部に、前記外装体の内部と外部とを連通させる第１の孔を開けて、前記第１の孔の真空シールを行う工程と、
初回の充電後、前記未接合部に前記外装体の内部と外部とを連通させる第２の孔を開けて、前記第２の孔の真空シールを行う工程とを有し、
前記電解液の注液前に、前記電池素体の前記リード部が存在する前記外装体の部分同士を予め封口する工程を有する、
シート型電池の製造方法。
（３）リード部を取り付けた電池素体を外装用フィルムで包み、
前記外装用フィルムによって形成された開口部を封口して接合部を設け、
前記外装用フィルムで形成したフィルム状外装体内に前記電池素体が封入されたシート型電池を製造するシート型電池の製造方法において、
前記外装体の内部と連通し且つ前記外装体の外部と隔離される第１未接合部が前記外装体に設けられるように前記外装用フィルムの一部同士を接合する工程と、
前記外装用フィルムの前記開口部から電解液を注液し、前記外装体の内部と連通し且つ前記外装体フィルムの外部と隔離される第２未接合部が前記外装体に設けられるように前記開口部を封口して接合部を設ける工程と、
前記第１未接合部に、前記外装体の内部と外部とを連通させる第１の孔を開けて前記第１の孔の真空シールを行う工程と、
初回の充電後、前記第２未接合部に、前記外装体の内部と外部とを連通させる第２の孔を開けて、第２の孔の真空シールを行う工程と、
前記電解液の注液前に、前記電池素体の前記リード部が存在する前記外装体の部分を予め封口する工程を有する、
シート型電池の製造方法。
（４）前記電池素体が、正極とセパレータと負極とを有し、これらの各部材の一部のみが接着されたものである上記（１）〜（３）のいずれかのシート型電池の製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のシート型電池の製造方法は、電池素体を外装用フィルムで包み、外装用フィルムの開口部を封口して接合部を設け、外装用フィルムで形成したフィルム状外装体内に電池素体を封入するものである。この場合、外装体の接合部の一部に、外装体に対し、外装体の内部と外部とを連通させる２カ所の孔を開けられるような開孔用未接合部を設ける。このような未接合部は、外装体の内部と連通し、かつ外装体の外部とは隔離されたものである。そして、本発明では、上記の未接合部において２カ所の孔を開けた後に、真空シール、好ましくは真空熱シールを行う工程が施される。
【００１１】
上記の２カ所の孔の開孔は、別々に行われるが、１カ所目の開孔は、外装体内に電解液を注入し、真空シールを施すのに先立って行われるものであり、電池素体に対する電解液の含浸が十分となり、電解液の含浸が十分となるような真空シール条件下においても、孔の存在により電解液の突沸による電解液の減量を防止することができる。また、フィルム状外装体は柔軟性を有するので、上記の真空シールにより内部電池素体にそった真空シールを行うことができ、必要最小量の電解液を用いるのみで含浸が可能になる。
【００１２】
また、２カ所目の開孔は、初期充電時に発生するガスを抜くためのものであり、初期充電の後の真空シールに先立って行われる。
【００１３】
このように、フィルム状外装体において２カ所の開孔が可能な未接合部を設け、開孔と真空シールの工程を繰り返すことによって、外装体に収納した状態で、電池素体に対し、必要最低限の液量の電解液を用いて電解液の含浸を十分に行うことができ、このため電解液に浸漬した電池素体を外装体に収納する場合に比べて液漏れが少なくなり、しかも初期充電時のガス発生によるフィルム状外装体の膨張を効率よく防止することができる。
【００１４】
また、本発明では、電池素体のリード部が存在する外装体部分を封口した後に、外装体の別の開口箇所から電解液を注液することが好ましい。これにより、リード部側から外装体内に電解液を注液した場合、リード部と外装体との接着部に電解液が付着して接着力が低下し、電解液の液漏れが生じるが、こうした液漏れを防止することができる。
【００１５】
また、本発明では、電解液の注入は、正極、セパレーター、負極等の各部材の一部のみが接着している電池素体に対して行うことが好ましい。これにより、真空シール時の電解液の含浸が進行しやすくなる。
【００１６】
次に、図１に従って本発明のシート型電池の製造方法を説明する。まず、例えば、外装用の矩形のラミネートフィルムをその中間で折り返して重ね合わせ、その重ね合わせたラミネートフィルム間に、リード部７、８を取り付けた電池素体６を、リード部７、８がラミネートフィルム外に突き出るようにして入れる。そして、この折り返して重ね合わせた場合の三辺の開口部の対向する二辺の端部を接合して封口し外装体１１を形成する。最終的には、外装体１１の三辺には、折り返したフィルムの端部同士を接合した接合部（シール部）１〜３が形成されることになる。まず、接合部１〜３のうち２カ所を接合（シール）する。接合は接合部２または３のいずれかを残して行うことが好ましい。接合前の接合部２または３の開口から電解液を外装体１１内に注入するのは、注入口をリード部７、８が存在する接合部１の部分とすると、リード部７、８は外装体１１と接合部９、１０を介して接着されるので、接着部９、１０に電解液が付着してその接着力が弱まり、接合部１から液漏れが起こる危険があるからである。
【００１７】
したがって、接合部１と、２または３を接合することになるが、例えば接合部２を接合する場合、図示のように、その一部に、接合部２の一辺の全長に亘って矩形状の開孔用の未接合部４を形成する。５７mm×６５mm程度の大きさの外装体１１、４７mm×３３mm程度の大きさの電池素体６（リード部７、８は除く）としたとき、接合部２の信頼性と全体の大きさからこの未接合部４の幅ｗは、３〜１０mmであることが好ましい。
【００１８】
このような未接合部４の形成方法としては、接合の際の、例えば超音波溶着のホーンや熱溶着を行う型の外装用フィルムと当たる面にフィルムに当たらないように未接合部の形状の凹部を形成したホーンや型を用いればよい。
【００１９】
次に、開口状態の接合部３の注入口から電解液を所定量滴下し、その後、その部分を封口し、接合部３を形成する。この接合部３にも、接合部２と同様の開孔用未接合部５を形成する。
【００２０】
そして、未接合部４または５のいずれかに、例えば未接合部４に孔を開けて真空シールを行う。これにより、外装体１１内の電解液の突沸による電解液の減量を防ぐことができ、さらには柔らかい外装体を用いることで、内部電池素体にそった真空シールが行えるため、必要最小量での電解液の含浸が可能となる。これにい対し、開口状態の接合部３の封口を真空シールで行うなどのように、開孔せずに真空シールを行うと電解液の突沸により電解液量の一定量が不可能となる。また、電解液が突沸しない程度の減圧条件下で真空シールを試みると、電解液の含浸が不十分で、良好な電池特性が得られない。
【００２１】
上記における開孔は、未接合部４の外装体１１に例えば針を通し、外装体１１の外部と内部とを連通させることにより行う。この孔は未接合部４を構成する２枚のフィルム片方のみに設けることが好ましいが、両方のフィルムを突き抜けるように形成してもよい。孔の位置は、未接合部４のいずれであってもよい。また、孔の大きさは、通常、直径０．３〜１．５mm、特に０．５〜１mm程度である。
【００２２】
また、真空シールの条件は１×１０-3Ｐａ以下の真空雰囲気中で行うことが好ましい。特に真空熱シールを行うことが好ましいが、その場合の温度条件はラミネート樹脂が充分融着する温度（例えばポリプロピレンをラミネート樹脂に用いる場合は２００℃程度）であることが好ましい。真空熱シールによって、上記の開孔は塞がれる。
【００２３】
電解液が注入される際の電池素体６は、正極、セパレーター、負極等の各部材の一部のみが接着されたものの方が、全面を熱スタックにより一体化したものや、きつく巻かれたものよりも、注液した電解液が短時間で馴染みやすいため好ましい。
【００２４】
各部材の一部のみを接着した電池素体を用いた場合は、真空シールによる電解液含浸後に熱プレスを行うことで電池素体を一体化する。
【００２５】
熱プレスは７０〜９０℃の温度、１〜６kgf/cm2の圧力で行うことが好ましい。
【００２６】
次に、少なくとも１回、充放電操作が行われるが、その初期充放電の後に、未接合部５に開孔し、その後真空シールを行う。これにより初期充電時に発生したガスのガス抜きを簡単な方法で無駄な部分を生じることなく行うことができる。
【００２７】
この場合の開孔も前記と同様に行うことができ、好ましい態様も同様である。
【００２８】
ガス抜き工程は、１×１０-3Ｐａ以下の真空雰囲気中で行うことが好ましい。
【００２９】
ガス抜き孔の大きさは、通常、直径０．３〜１．５mm、特に０．５〜１mm程度である。
【００３０】
真空シールの条件等は前記と同様であり、特に真空熱シールを行うことが好ましいが、その場合の温度条件等も同様である。真空熱シールによって、上記の開孔は塞がれる。
【００３１】
このようにして、シート型電池の製造を行うことができる。
【００３２】
電池が収納された外装体１１は、図１に限られるものではなく、図２に示されるものであってもよい。図２のものは、図１において、接合部３に形成される開孔用未接合部の形状が異なるのみであり、その他は同一のものであり、同一の符号を用いて示している。図２の未接合部４Ａは、接合部３の一部に矩形状に設けられたものである。未接合部４Ａの大きさは、図２に従って、ａ＝５〜８mm、ｂ＝５〜１５mm程度であることが好ましい。
【００３３】
また、電池が収納された外装体１１は、図３に示されるものであってもよい。図３のものも、図１において、接合部３に形成される開孔用未接合部の形状が異なるのみであり、その他は同一のものであり、同一の符号を用いて示している。図３の未接合部４Ｂは、接合部３の一部に略Ｌ字に設けられたものである。未接合部４Ｂの大きさは、図３に従って、ｃ＝５〜８mm、ｄ＝５〜１５mm、ｅ＝５〜１０mm、ｆ＝３〜７mm程度であることが好ましい。
【００３４】
図２、図３のような形状の開孔用未接合部とすることによって、シールの信頼性がさらに向上し、電解液の減量がさらに少なくなる。なお、孔の位置については特に制限はない。
【００３５】
図示例に限らず、開孔用未接合部の形成位置、形状、あるいは接合部２、３における形状の組合せなどについては、本発明の範囲内で種々のものとすることができる。例えば、開孔用未接合部の形状は、接合部２、３において、いずれも、未接合部４Ａ、４Ｂと同じにすることができる。また、接合部２、３に未接合部を形成する方が好ましいが、場合によっては接合部１に形成してもよい。
【００３６】
本発明のシート型電池の製造方法に用いることができる外装体１１の材質としては、電池素体６との接触により化学変化を生じず、また、電解液の漏出やガス透過を防ぐことができ、また、破損しにくく、接着性のよいフィルムを用いることができる。例えばアルミニウム等の金属層の両面に、熱接着性樹脂層としてのポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂層や耐熱性のポリエステル樹脂層が積層されたラミネートフィルムなどが用いられる。
【００３７】
また、リード部７、８はアルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス銅等の金属製である。リード部７、８と外装体１１との接着部９、１０には、金属と外装体（通常、樹脂層）との密着性を向上させるために、例えばカルボン酸等の酸変性ポリエチレン、酸変性ポリプロピレン、エポキシ樹脂、変性イソシアネート等を接着剤として用いることができる。接着部９、１０はチューブ状としてリード部に被せて熱融着することによって形成してもよい。
【００３８】
本発明における電池構造は、通常、正極、負極および好ましくは電解液含浸によりゲル化する高分子固体電解質を有する構造であり、積層型電池や円筒型電池等に適用される。
【００３９】
負極には、炭素材料、リチウム金属、リチウム合金あるいは酸化物材料のような負極活物質を用い、正極には、リチウムイオンがインターカレート・デインターカレート可能な酸化物または炭素材料のような正極活物質を用いることが好ましい。
【００４０】
リチウムイオンがインターカレート・デインターカレート可能な酸化物としては、リチウムを含む複合酸化物が好ましく、例えば、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＶ2Ｏ4などが挙げられる。これらの酸化物の粉末の平均粒子径は１〜４０μm 程度であることが好ましい。
【００４１】
電極には、必要により導電助剤が添加される。導電助剤としては、好ましくは黒鉛、カーボンブラック、炭素繊維、ニッケル、アルミニウム、銅、銀等の金属が挙げられ、特に黒鉛、カーボンブラックが好ましい。
【００４２】
電極組成は、正極では、重量比で、活物質：導電助剤：ゲル電解質＝３０〜９０：３〜１０：１０〜７０の範囲が好ましく、負極では、重量比で、活物質：導電助剤：ゲル電解質＝３０〜９０：０〜１０：１０〜７０の範囲が好ましい。ゲル電解質は、特に限定されず、通常用いられているものを用いればよい。また、ゲル電解質を含まない電極も好適に用いられる。この場合、バインダとしてはフッ素樹脂、フッ素ゴム等を用いることができ、バインダの量は３〜３０wt％程度とする。
【００４３】
電極の製造は、まず、活物質と必要に応じて導電助剤を、ゲル電解質溶液またはバインダ溶液に分散し、塗布液を調製する。
【００４４】
そして、この電極塗布液を集電体に塗布する。塗布する手段は特に限定されず、集電体の材質や形状などに応じて適宜決定すればよい。一般に、メタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等が使用されている。その後、必要に応じて、平板プレス、カレンダーロール等により圧延処理を行う。
【００４５】
集電体は、電池の使用するデバイスの形状やケース内への集電体の配置方法などに応じて、適宜通常の集電体から選択すればよい。一般に、正極にはアルミニウム等が、負極には銅、ニッケル等が使用される。なお、集電体は金属箔、金属メッシュなどが、通常、使用される。金属箔よりも金属メッシュの方が電極との接触抵抗が小さくなるが、金属箔でも十分小さな接触抵抗が得られる。
【００４６】
そして、溶媒を蒸発させ、電極を作製する。塗布厚は、５０〜４００μm 程度とすることが好ましい。
【００４７】
高分子膜（セパレータ）は、例えば、ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド））系、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）系等の高分子微多孔膜を用いることができる。
【００４８】
このような正極、高分子膜（セパレータ）、負極をこの順に積層し、圧着して電池素体とする。
【００４９】
高分子膜に含浸させる電解液は一般に電解質塩と溶媒よりなる。電解質塩としては、例えば、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＳＯ3 ＣＦ3 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＮ（ＳＯ2 ＣＦ3 ）2 等のリチウム塩が適用できる。
【００５０】
電解液の溶媒としては、前述の高分子固体電解質、電解質塩との相溶性が良好なものであれば特に制限はされないが、リチウム電池等では高い動作電圧でも分解の起こらない極性有機溶媒、例えば、エチレンカーボネート（略称ＥＣ）、プロピレンカーボネート（略称ＰＣ）、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート（略称ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン等の環式エーテル、１，３−ジオキソラン、４−メチルジオキソラン等の環式エーテル、γ−ブチロラクトン等のラクトン、スルホラン等が好適に用いられる。３−メチルスルホラン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン、エチルジグライム等を用いてもよい。
【００５１】
溶媒と電解質塩とで電解液を構成すると考えた場合の電解質塩の濃度は、好ましくは０．３〜５mol/lである。通常、１mol/l辺りで最も高いイオン伝導性を示す。
【００５２】
このような電解液に微多孔性の高分子膜を浸漬すると、高分子膜が電解液を吸収してゲル化し、高分子固体電解質となる。
【００５３】
高分子固体電解質の組成を共重合体／電解液で示した場合、膜の強度、イオン伝導度の点から、電解液の比率は４０〜９０wt％が好ましい。
【００５４】
なお、金属リード部は超音波溶接や抵抗溶接等により集電体に接合する。
【００５５】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって説明する。比較例も併せて示す。
＜実施例＞
図１に示されるようなシート型電池を作製した。
【００５６】
ＬｉＣｏＯ2、カーボンブラック、グラファイト、ＰＶＤＦおよびＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）からなる正極スラリーを、アルミニウム箔上に塗布し正極を作製した。正極は電池の構成上、１００μｍ箔に片面塗布形状と２０μｍ箔に両面塗付形状の２種類作製した。メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、カーボンブラック、ＰＶＤＦおよびＮＭＰからなる負極スラリーを１０μｍ厚の銅箔上に両面塗布し負極を作製した。セパレーターにはＰＶＤＦ多孔質膜、厚さ４０μm のものを使用した。
【００５７】
上記電極、およびセパレーターを所定の形状に切断し、それらを正極、セパレーター、負極、セパレーター、正極、…というようにシートの中央に点付けした接着剤を１１０℃で融着しながら積層して電池を作製した。接着剤には、エチレン−メタアクリル酸共重合体を用いた。この接着剤により仮固定した積層体に正極タブにアルミニウムリボンを負極タブにニッケルリボンを溶接してリードを取り出した。
【００５８】
外装用フィルムは、ＰＥＴ（１２μｍ）／アルミニウム（２０μｍ）／ＰＥＴ（１２μｍ）／ＰＰ（８０μｍ）からなるラミネート材を用いた。ＰＰ側を電池素体側とした。
【００５９】
リードとラミネート樹脂との接着部（図１の９、１０の部分）に変性ポリプロピレンを５０μm 厚に融着し、アルミラミネートパックで包装した。その際、図１の１、２の部分のシールを行った。
【００６０】
未接合部（図１の３）より１Ｍ−ＬｉＰＦ6／ＥＣ＋ＤＭＣ（１：２）を約２．７g 注液し、図１の未接合部３の部分のシールを行った。
【００６１】
開孔用未接合部（孔開けスペース（図１の４、５））の幅は約５mmとした。孔開けスペース（図１の４）に針で孔を開け、真空シールを行った後、ラミネートパック内の構造体を一体化するために、８０℃で熱プレスを行った。プレス条件は３kgf/cm2、１分とした。また、真空シールは、２００℃程度の真空熱シールとし、真空時間１０秒、シール時間２秒、冷却時間８秒と設定して行った。
【００６２】
初回の充放電を行った後、孔開け用の未接合部５に針で孔を開け、真空シールを行うことで、初回充電時に発生したガスのガス抜きを行った。真空シールは、上記と同様にして行った。
【００６３】
このようにして作製した電池のサイクル特性を図４に、レート特性を図５に示す。また、作製した電池５０個中の液漏れした電池の個数を調べたところ、液漏れしたものは全くなかった。
【００６４】
以上の結果より、本発明の電池は、サイクル特性、レート特性に優れ、かつ液漏れがないことがわかる。
【００６５】
＜比較例＞
実施例と製法をかえ、図１に示されるような電池を作製した。
【００６６】
ＬｉＣｏＯ2、カーボンブラック、グラファイト、ＰＶＤＦ、およびＮＭＰからなる正極スラリーを、アルミニウム箔上に塗布し正極を作製した。正極は電池の構成上、１００μm 箔に片面塗布形状と２０μm 箔に両面塗布形状の２種類を作製した。ＭＣＭＢ、カーボンブラック、ＰＶＤＦおよびＮＭＰからなる負極スラリーを１０μm 厚の銅箔上に両面塗布し負極を作製した。セパレーターにはＰＶＤＦ多孔質膜、厚さ４０μm のものを使用した。
【００６７】
上記電極、およびセパレーターを所定の形状に切断し、それらを正極、セパレーター、負極、セパレーター、正極、…というようにシートの中央部に点付けした接着剤を１１０℃で融着しながら積層して電池を作製した。接着剤には、エチレン−メタアクリル酸共重合体を用いた。この接着剤により仮固定した積層体の正極タブにアルミニウムリボンを負極タブにニッケルリボンを溶接してリード部を取り出した後、リードとラミネート樹脂との接着部（図１の９、１０）の部分に変性ポリプロピレンを融着し、１Ｍ−ＬｉＰＦ6／ＥＣ＋ＤＭＣ（１：２）中に浸漬、ゲル化後、余分な電解液を除去した。電解液量は、２．８〜３．０g となった。
【００６８】
なお、外装用フィルムは実施例と同じものを用いた。
【００６９】
上記の積層体を図１の２、３がシールされているアルミラミネートパックに挿入し、図１の１の部分のシールを行った後、ラミネートパック内の構造体を一体化するために、実施例と同様に８０℃で熱プレスを行った。初回の充放電を行った後、孔開け用の未接合部に針で孔を開け、真空シールを行うことで、初回充電時に発生したガスのガス抜きを行った。この条件は実施例と同様とした。
【００７０】
このようにして作製した電池で液漏れしなかったものでは、サイクル特性、レート特性とも実施例と同特性であった。しかしながら、作製した電池５０個中、約半数の２３個が液漏れした。
【００７１】
このように、比較例では、開孔工程と真空シール工程を１回のみとし、かつ予め電池素体を電解液に浸漬してから外装体内に入れるという方法が採られるが、余分な電解液を除去する必要がある上、このような製法では液漏れが発生することがわかった。
【００７２】
【発明の効果】
以上の結果から明らかなように、本発明のアルミラミネートパック等のフィルム状外装体を用いた電池の製造方法によれば、電池の製造工程が簡略化されるだけでなく、必要最低限の電解液量で電池の作製が可能となる上、さらに、作製した電池の電解液の漏液の危険性が非常に低くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシート型電池の製造方法において、電池素体を外装体に封入した状態の一例を示す平面図である。
【図２】本発明のシート型電池の製造方法において、電池素体を外装体に封入した状態の他例を示す平面図である。
【図３】本発明のシート型電池の製造方法において、電池素体を外装体に封入した状態のさらに他例を示す平面図である。
【図４】実施例で作製した電池のサイクル特性を示すグラフである。
【図５】実施例で作製した電池のレート特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１、２、３ 接合部
４、４Ａ、４Ｂ、５ 開孔用未接合部
６ 電池素体
７、８ リード部
９、１０ 接着部
１１ 外装部
Claims (4)
- リード部を取り付けた電池素体を外装用フィルムで包み、
前記外装用フィルムによって形成された開口部を封口して接合部を設け、
前記外装用フィルムで形成したフィルム状外装体内に前記電池素体が封入されたシート型電池を製造するシート型電池の製造方法において、
前記外装用フィルムによって形成された前記開口部から電解液を注液し、前記外装体の内部と連通し且つ前記外装体の外部と隔離される未接合部が前記外装体に設けられるように前記開口部を封口して接合部を設ける工程と、
前記未接合部に、前記外装体の内部と外部とを連通させる第１の孔を開けて前記第１の孔の真空シールを行う工程と、
初回の充電後、前記未接合部に、前記外装体の内部と外部とを連通させる第２の孔を開けて、前記第２の孔の真空シールを行う工程とを有し、
前記電解液の注液前に、前記電池素体の前記リード部が存在する前記外装体の部分同士を予め封口する工程を有する、
シート型電池の製造方法。 - リード部を取り付けた電池素体を外装用フィルムで包み、
前記外装用フィルムによって形成された開口部を封口して接合部を設け、
前記外装用フィルムで形成したフィルム状外装体内に前記電池素体が封入されたシート型電池を製造するシート型電池の製造方法において、
前記外装体の内部と連通し且つ前記外装体の外部と隔離される未接合部が前記外装体に設けられるように前記外装用フィルムの一部同士を接合する工程と、
前記外装用フィルムの前記開口部から電解液を注液し、前記開口部を封口して前記接合部を設ける工程と、
前記未接合部に、前記外装体の内部と外部とを連通させる第１の孔を開けて、前記第１の孔の真空シールを行う工程と、
初回の充電後、前記未接合部に前記外装体の内部と外部とを連通させる第２の孔を開けて、前記第２の孔の真空シールを行う工程とを有し、
前記電解液の注液前に、前記電池素体の前記リード部が存在する前記外装体の部分同士を予め封口する工程を有する、
シート型電池の製造方法。 - リード部を取り付けた電池素体を外装用フィルムで包み、
前記外装用フィルムによって形成された開口部を封口して接合部を設け、
前記外装用フィルムで形成したフィルム状外装体内に前記電池素体が封入されたシート型電池を製造するシート型電池の製造方法において、
前記外装体の内部と連通し且つ前記外装体の外部と隔離される第１未接合部が前記外装体に設けられるように前記外装用フィルムの一部同士を接合する工程と、
前記外装用フィルムの前記開口部から電解液を注液し、前記外装体の内部と連通し且つ前記外装体フィルムの外部と隔離される第２未接合部が前記外装体に設けられるように前記開口部を封口して接合部を設ける工程と、
前記第１未接合部に、前記外装体の内部と外部とを連通させる第１の孔を開けて前記第１の孔の真空シールを行う工程と、
初回の充電後、前記第２未接合部に、前記外装体の内部と外部とを連通させる第２の孔を開けて、第２の孔の真空シールを行う工程と、
前記電解液の注液前に、前記電池素体の前記リード部が存在する前記外装体の部分を予め封口する工程を有する、
シート型電池の製造方法。 - 前記電池素体が、正極とセパレータと負極とを有し、これらの各部材の一部のみが接着されたものである請求項１〜３のいずれか一項に記載のシート型電池の製造方法。
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