JP4187870B2 - 電池の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は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】
すなわち、一端が開口した外装フィルム体（外装被覆体・袋体）内に、電池要素を位置決めして収容・装着（封装）する。そして、前記開口部から所要の電解液を注入した後、その開口部を熱融着（溶着）し、気密に封止した構成の電池が知られている。なお、上記電池の製造に当たって、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。
【０００４】
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。
【０００５】
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−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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この種の平板形二次電池は、鉛蓄電池やニッケルカドミウム二次電池に比べて、高容量化が可能であるだけでなく、軽量化もできるなどの特長を有する反面、次のような不都合が認められる。すなわち、上記電池の製造工程においては、外装フィルム体２内に電池要素１を位置決め封装した後、所要の電解液を注入する。
【０００７】
ところで、電池の高容量化に伴って、電池要素１が緻密化され、電解液を含浸担持する空隙も低減化している。つまり、電池の容積効率を上げるため、外装フィルム体２内の空隙をできるだけ少なくすることになる。しかし、外装フィルム体２内の空隙を可及的に少なくすることは、所要電解液の注入を困難にし、結果的に、所定量の電解液を注入・担持しない恐れがあり、電池性能ないし品質のバラツキを招来し易いという問題がある。
【０００８】
こうした問題の発生を解消するため、電池要素１を封装した外装フィルム体２内に対する電解液の注入・含浸を複数回繰り返して行う方式が採られている。しかし、複数回に分けての電解液注入は、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）などの問題を提起する。
【０００９】
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、信頼性の高い電池を量産的に提供できる製造方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、一端側が開口して電解液注入口を成す外装フィルム体内に電池要素を封装する工程と、前記外装フィルム体の開口部から電解液を注入する工程と、前記開口部を封止する工程とを順に有する電池の製造方法であって、前記外装フィルム体の開口部側を所要形状・寸法よりも大きく設定して注入電解液の一次溜まり領域を形成するとともに、前記電解液を注入する工程が、前記外装フィルム体を、開口部を上にして減圧チャンバー内にセットし、減圧下で前記一次溜り領域に軽量された電解液を注入し、次いで常圧に戻す工程からなり、前記開口部を封止する工程が、前記外装フィルム体の開口部側の前記電池要素に近接した領域を気密に封着し、前記封着した領域を残して前記注入電解液の一次溜まり領域を切断除去する工程からなることを特徴とする電池の製造方法である。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の電池の製造方法において、電池要素の封装には、金属層の両面に樹脂層を設けたラミネートフィルムを素材とする外装フィルム体を使用することを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１もしくは請求項２記載の電池の製造方法において、外装フィルム体の封止は、少なくとも封止領域に設けられた熱融着性樹脂の熱融着により行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項１ないし請求項３の発明は、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し、長めに設定した開口部側液注入時の電解液の一次溜まり部に利用した後、所定の形状・寸法の領域部で封止・切断することを骨子とする。すなわち、電池製造工程において、製品化の最終段階で封止・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にする。そして、前記延設させた外装フィルム体領域を電解液溜め（漏斗）部として利用することにより、煩雑な操作や設備などを要せずに、また、高精度に、一定量の電解液を注入できる用にしたことものである。
【００１４】
請求項１ないし請求項３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。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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
請求項１ないし請求項３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。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。
【００１９】
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。
【００２０】
請求項１ないし請求項３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、かつ精度よく注入できるので、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として利用し、所定量の電解液を供給した後は、連続的な製造工程であっても、操作の中断もしくは操作の切り換えなどが不要となる。また、電池要素など電解液注入領域が緻密で、電解液の含浸性が低い場合でも、そのまま減圧含浸処理を施すことができるので、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をが可能なため、高品質の電池が提供される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図１および図２(a) 〜(c) を参照して実施例を説明する。
【００２２】
図１は、電解液の注入操作前における電池の要部構成を示す正面図である。すなわち、一端側が開口3aして電解液注入口を成す外装フィルム体３内に電池要素４を封装した状態を示すもので、封装した電池要素４に対して、外装フィルム体３が長尺に形成・設定されている。
【００２３】
ここで、外装フィルム体３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３は、前記熱融着性の樹脂層を対向させて、電池要素４を挟むように積層し、電解液注入口を成す一端部を開口3aして、他の端縁部3bを熱融着で封止し形成されている。
【００２４】
また、前記外装フィルム体３内に封装された電池要素４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4a，4b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。
【００２５】
次に、前記電池要素４を位置決め・封装した外装フィルム体３に対する電解液の注入について説明する。図２(a) は、電解液注入工程の実施態様例を模式的に示すものである。図２(a) において、５は減圧チャンバー、６はポリマー電池要素４を位置決め・封装した外装フィルム体３を収納保持する収納保持具、７は電解液を注入するノズル、８は電解液を定量供給する定量ポンプ、９は電解液タンク、10は前記減圧チャンバー５を減圧化する真空ポンプ、11は減圧・常圧切り換えバルブである。
【００２６】
上記減圧チャンバー５内の収納保持具６に、電池要素４を位置決め・封装した外装フィルム体３をセットした後、真空ポンプ10を動作させて減圧チャンバー５内を減圧化する。減圧チャンバー５内の減圧度が所要値に到達した後、定量ポンプ８を介して電解液タンク９から計量された電解液12がノズル７より外装フィルム体３の開口部3aに注入される。ここで、切り換えポンプ11を操作し、減圧チャンバー５内を常圧（大気圧）に戻すと、外装フィルム体３の開口部3aに注入された電解液12は、電池要素４より上方の空間部を電解液の一次溜まり部3cとし、順次、電池要素４側に注入・含浸される。
【００２７】
上記定量の電解液の注入終了後、減圧チャンバー５から電池要素４を位置決め・封装した外装フィルム体３を取り出す。ここで、電池要素４を位置決め・封装した外装フィルム体３の減圧チャンバー５からの取り出しは、外装フィルム体３の液溜まり部3cに注入した時点で行って、その後、一定の時間放置して自然落下的に含浸を進行させてもよい。
【００２８】
このようにして、所定量の電解液を注入・含浸させた後、図２(b) に示すごとく、外装フィルム体３の開口3a端側を熱融着により封止する。つまり、位置決め・封装した電池要素４より外方に延設された外装フィルム体３の開口部3a側で、かつ前記電池要素４に近接した領域3dを熱融着によって気密に封止する。次いで、図２(c) に示すように、前記熱融着により気密に封止した外装フィルム体３の領域3dを残した状態で、切断・分離することにより、所定寸法・形状ないし規格の電池が得られる。
【００２９】
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。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項３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部に利用して注入・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電池の提供に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施態様例において、外装フィルム体内に電池要素４を位置決め・封装した状態を示す正面図。
【図２】 (a) ，(b) ，(c) は実施態様における状態を工程順に示す模式図。
【図３】ポリマー電池の要部構成を示す断面図。
【符号の説明】
１，４……電池要素
1a……シート状正極
1b……シート状負極
1a′，4a……正極端子
1b′，4b……負極端子
1c……ポリマ−電解質系
２，３……外装フィルム体
3a……開口部
3b……端縁溶着封止部
3c……電解液の一次溜まり部
3d……溶着封止部
５……減圧チャンバー
６……収納保持具
７……注入ノズル
８……定量ポンプ
９……電解液タンク
10……真空ポンプ
11……切り換えバルブ
12……電解液

Claims (3)

1. 一端側が開口して電解液注入口を成す外装フィルム体内に電池要素を封装する工程と、前記外装フィルム体の開口部から電解液を注入する工程と、前記開口部を封止する工程とを順に有する電池の製造方法であって、
   前記外装フィルム体の開口部側を所要形状・寸法よりも大きく設定して注入電解液の一次溜まり領域を形成するとともに、
   前記電解液を注入する工程が、前記外装フィルム体を、開口部を上にして減圧チャンバー内にセットし、減圧下で前記一次溜り領域に軽量された電解液を注入し、次いで常圧に戻す工程からなり、
   前記開口部を封止する工程が、前記外装フィルム体の開口部側の前記電池要素に近接した領域を気密に封着し、前記封着した領域を残して前記注入電解液の一次溜まり領域を切断除去する工程からなることを特徴とする電池の製造方法。
2. 電池要素の封装には、金属層の両面に樹脂層を設けたラミネートフィルムを素材とする外装フィルム体を使用することを特徴とする請求項１記載の電池の製造方法。
3. 外装フィルム体の封止は、少なくとも封止領域に設けられた熱融着性樹脂の熱融着により行うことを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の電池の製造方法。

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