JP5205920B2 - バイポーラ電池の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、バイポーラ電池の製造方法および製造装置に関する。

バイポーラ電池の製造の際、ゲルポリマー系電解質にセパレータを重ね合せて、ゲルポリマー系電解質を、セパレータに含浸させている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−２０４１３６号公報

しかし、ゲルポリマー系電解質に対し、セパレータを重ねる際に、セパレータに皺が生じて微少隙間が形成されたり、気泡が混入したりすることがあり、その場合にはゲルポリマー電解質の粘着性が高いために気泡を残したままゲルポリマー系電解質とセパレータが密着し、容易に気泡を排出できず、そのため残留気泡を有するバイポーラ電池が製造される虞がある。残留気泡は、イオンの透過および電子の移動ができないデッドスペースを発生させ、電池の性能低下を引き起こす問題を有する。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、気泡の混入を抑制することにより、良好な電池性能を有するバイポーラ電池を製造するための製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一様相は、集電体の一方の面に正極が形成され他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極の少なくとも一方の面にゲルポリマー系電解質を配置する電解質配置工程と、前記電解質が配置された前記正極と負極のいずれか一方の面に、前記電解質が浸透するよう通気性を有したセパレータを配置するセパレータ配置工程と、前記セパレータが配置される以前に前記電解質の粘度を低下させる粘度制御工程を有するバイポーラ電池の製造方法である。そして、前記粘度制御工程においては、前記電解質の粘度は、前記電解質を冷却することによって、低下させられ、前記電解質は、硬化するまで冷却される。

上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、集電体の一方の面に正極が形成され他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極に対し、ゲルポリマー系電解質が浸透するよう通気性を有したセパレータを含む電解質層を設け、これらを複数積層したバイポーラ電池の製造装置である。当該製造装置は、前記電解質の粘度を低下させる粘度制御手段を有しており、前記セパレータは、粘度の低下した前記電解質に配置される。そして、前記粘度制御手段は、前記電解質を冷却する冷却手段を有し、前記冷却手段は、前記電解質を硬化するまで冷却する。

本発明の一様相によれば、粘度制御工程において、電解質を硬化するまで冷却することによる電解質の粘度の低下に伴って、その粘着性も低下するため、セパレータ配置工程において、セパレータは、電解質の表面（電解質が配置されたバイポーラ電極の一方側）に円滑に配置される。したがって、セパレータに皺が生じて微少隙間が形成されたり、気泡が混入したりすることが抑制され、イオンの透過および電子の移動ができないデッドスペースを発生させ、電池の性能低下を引き起こす残留気泡が低減される。つまり、気泡の混入を抑制することにより、良好な電池性能を有するバイポーラ電池を製造するための製造方法を提供することができる。

本発明の別の一様相によれば、粘度制御手段の冷却手段によって電解質を硬化するまで冷却することにより電解質の粘度を低下させる場合、電解質の粘着性が低下するため、セパレータを、電解質の表面に円滑に配置することができる。したがって、セパレータに皺が生じて微少隙間が形成されたり、気泡が混入したりすることが抑制され、イオンの透過および電子の移動ができないデッドスペースを発生させ、電池の性能低下を引き起こす残留気泡を低減することが可能である。つまり、気泡の混入を抑制することにより、良好な電池性能を有するバイポーラ電池を製造するための製造装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、実施の形態１に係るバイポーラ電池を説明するための斜視図、図２は、実施の形態１に係るバイポーラ電池を説明するための断面図である。

バイポーラ電池１０は、リチウム二次電池であり、後述するように、気泡の混入を抑制することにより、良好な電池性能を備えており、外装ケース１４、外装ケース１４の内部に配置される積層体１６および端子プレート１１，１２を有する。

外装ケース１４は、外部からの衝撃や環境劣化を防止するために使用されており、シート材の外周部の一部または全部を、熱融着により接合することで形成される。シート材は、軽量化および熱伝導性の観点から、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属（合金を含む）をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムなどのシート材から構成されることが好ましい。

積層体１６は、複数の単電池（電池要素）を有しており、バイポーラ電極２０、電解質層３０、第１シール部２５および第２シール部２７を有する。バイポーラ電極２０は、負極２２、正極２３および集電体２１を有する。正極２３および負極２２は、集電体２１の一方および他方の面に形成されており、集電体２１は、正極２３および負極２２の間に位置している。

負極２２は、ハードカーボン（難黒鉛化炭素材料）からなる負極活物質を有する。負極活物質は、例えば、黒鉛系炭素材料や、リチウム−遷移金属複合酸化物を利用することも可能である。しかし、カーボンおよびリチウム−遷移金属複合酸化物からなる負極活物質は、容量および出力特性の観点から好ましい。正極２３は、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４からなる正極活物質を有する。正極活物質は、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４に制限されないが、容量および出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物を適用することが好ましい。正極２３および負極２２の厚さは、電池の使用目的（例えば、出力重視あるいはエネルギー重視）や、イオン伝導性を考慮して適宜設定される。

集電体２１は、ステンレススチール箔から形成される。集電体２１の素材として、アルミニウム箔、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材を、利用することも可能である。

電解質層３０は、通気性を有するセパレータに電解質を浸透させてなる基部層、および、セパレータと正極２３あるいはセパレータと負極２２との間でイオンを伝導する電解質からなる表面層を有する。

セパレータは、多孔性（ポーラス）のＰＥ（ポリエチレン）から形成される。セパレータの素材として、ＰＰ（ポリプロピレン）などの他のポリオレフィン、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの３層構造をした積層体、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、不織布を、利用することが可能である。不織布は、例えば、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステルである。なお、セパレータは、絶縁体であるが、電解質が浸透することによって、イオンの透過性および電気伝導性を呈することとなる。

電解質は、ゲルポリマー系であり、電解液およびホストポリマーを有する。

電解液は、ＰＣ（プロピレンカーボネート）およびＥＣ（エチレンカーボネート）からなる有機溶媒、支持塩としてのリチウム塩（ＬｉＰＦ_６）を含んでいる。有機溶媒は、例えば、その他の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類、テトラヒドロフラン等のエーテル類を適用することが可能である。リチウム塩は、例えば、その他の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３等の有機酸陰イオン塩を、適用することが可能である。

ホストポリマーは、ＨＦＰ（ヘキサフルオロプロピレン）コポリマーを１０％含むＰＶＤＦ−ＨＦＰ（ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体）である。ホストポリマーは、その他のリチウムイオン伝導性を持たない高分子や、イオン伝導性を有する高分子（固体高分子電解質）を適用することも可能である。その他のリチウムイオン伝導性を持たない高分子は、例えば、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）である。イオン伝導性を有する高分子は、例えば、ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）やＰＰＯ（ポリプロピレンオキシド）である。

なお、セパレータは、バイポーラ電池１０の製造の際。粘度の低下した電解質に配置されている。電解質の粘着性は、その粘度の低下に伴って、低下するため、セパレータは、電解質の表面（電解質が配置されたバイポーラ電極の一方側）に、円滑に配置される。したがって、セパレータに皺が生じて微少隙間が形成されたり、気泡が混入したりすることが抑制され、イオンの透過および電子の移動ができないデッドスペースを発生させ、電池の性能低下を引き起こす残留気泡が低減されている。

第１シール部２５は、集電体２１の一方の面に配置されかつ正極２３の周囲を取り囲むように延長している充填部であり、良好なシール効果を発揮し、例えば、水分の内部混入を抑制する。電解質層３０は、正極２３および第１シール部２５を覆うように配置されている。第２シール部２７は、第１シール部２５と位置合せされて、集電体２１の他方の面に配置されかつ負極２２の周囲を取り囲むように延長している充填部であり、良好なシール効果を発揮し、例えば、水分の内部混入を抑制する。

第１シール部２５および第２シール部２７を構成するシール材は、一液熱硬化型エポキシ樹脂である。シール材は、その他の熱硬化型樹脂（ポリプロピレンやポリエチレン等）や、熱可塑型樹脂を適用することが可能である。しかし、例えば、使用環境下において良好なシール効果を発揮するものを、用途に応じて適宜選択することが好ましい。

端子プレート１１，１２は、高導電性部材からなり、外装ケース１４の内部から外部に向かって延長しており、積層体１６から電流を引き出すための電極タブを兼用している。独立した別体の電極タブを配置し、直接的あるいはリードを利用して、端子プレート１１，１２と接続することで、積層体１６から電流を引き出すことも可能である。高導電性部材は、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス、これらの合金である。

端子プレート１１，１２は、積層体１６の最外層（最上位および最下位）に配置され、その電極投影面の全てを、少なくとも覆うように構成されている。したがって、最外層の電流取り出し部（面方向の電流取り出し）は、低抵抗化され、電池の高出力化が可能になる。なお、積層体１６の最外層に位置する集電体２１によって、端子プレート１１，１２を構成することも可能である。また、端子プレート１１，１２のさらに外側に、補強板を配置することも可能である。

図３は、図１に示されるバイポーラ電池を利用する組電池を説明するための斜視図である。

バイポーラ電池１０は、単独で使用することが可能であるが、組電池５０の形態で利用することが可能である。組電池５０は、バイポーラ電池１０を直列化および／又は並列化し、複数接続して構成されており、導電バー５２，５４を有する。導電バー５２，５４は、各バイポーラ電池１０の外装ケース１４から延長する端子プレート１１，１２に接続されている。接続方法は、例えば、超音波溶接、熱溶接、レーザー溶接、リベット、かしめ、電子ビームである。容量および電圧は、例えば、バイポーラ電池１０を接続する際に、適宜、直列あるいは並列化することで、自由に調整することが可能である。

図４は、図３に示される組電池が搭載されている車両の概略図である。

組電池５０自体を、直列化および／又は並列化し、複数接続することで組電池モジュール（大型の組電池）１４０として提供することも可能である。組電池モジュール６０は、大出力を確保し得るため、例えば、車両７０のモータ駆動用電源として搭載することが可能である。車両は、例えば、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電車である。

組電池モジュール６０は、例えば、内蔵する外装ケース１４毎あるいは組電池５０毎の充電制御を行うなど、非常にきめ細かい制御ができるため、１回の充電あたりの走行距離の延長、車載電池としての寿命の長期化などの性能の向上を図ることが可能である。

図５は、実施の形態１に係るバイポーラ電池の製造方法を説明するための全体工程図、図６は、図５に示される集成体形成工程を説明するための工程図、図７は、図６に示されるセパレータ配置工程を説明するための断面図、図８は、図６に示される第２シール材配置工程を説明するための断面図、図９は、図５に示される接合体形成工程を説明するための工程図である。

実施の形態１に係るバイポーラ電池の製造方法は、集成体（サブアッシーユニット）を形成するための集成体形成工程、集成体の積層体（接合体）を形成するための接合体形成工程（アッシー工程）、および、積層体を外装ケースに収容するため組立工程を有する。

集成体形成工程は、電極形成工程、電解質配置工程、第１シール材配置工程、粘度制御工程、セパレータ配置工程および第２シール材配置工程に分割される。

電極形成工程においては、集電体２１の一方および他方の面に、正極スラリーおよび負極スラリーが、それぞれ塗布される。

正極スラリーは、例えば、正極活物質［８５重量％］、導電助剤［５重量％］およびバインダ［１０重量％］を有し、粘度調整溶媒を添加することで、所定の粘度に調整されている。正極活物質は、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４である。導電助剤は、アセチレンブラックである。バインダは、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）である。粘度調整溶媒は、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）である。導電助剤は、カーボンブラックやグラファイトを利用することも可能である。バインダおよび粘度調整溶媒は、ＰＶＤＦおよびＮＭＰに限定されない。

負極スラリーは、例えば、負極活物質［９０重量％］およびバインダ［１０重量％］を有し、粘度調整溶媒を添加することで、所定の粘度に調整されている。負極活物質は、ハードカーボンである。バインダおよび粘度調整溶媒は、ＰＶＤＦおよびＮＭＰである。

正極スラリーの塗膜および負極スラリーの塗膜は、例えば、真空オーブンを利用して、乾燥させられ、正極活物質層からなる正極２３および負極活物質層からなる負極２２を形成する。この際、ＮＭＰは、揮発することで除去される。

電解質配置工程においては、集電体２１の一方および他方の面に、電解質３４，３５が、塗布される。電解質３４，３５の塗布部位は、正極２３および負極２２の電極部である。なお、最初に塗布された電解質３４の表面には、保護フィルムが貼り付けられる。保護フィルムは、例えば、ポリエチレン等の樹脂から形成される。

電解質３４，３５は、例えば、電解液［９０重量％］およびホストポリマー［１０重量％］の有し、粘度調整溶媒を添加することで、塗布に適した粘度にされている。電解液は、ＰＣおよびＥＣからなる有機溶媒、支持塩としてのリチウム塩を含んでいる。リチウム塩濃度は、１Ｍである。ホストポリマーは、ＨＦＰコポリマーを１０％含むＰＶＤＦ−ＨＦＰである。粘度調製溶媒は、ＤＭＣ（ジメチルカーボネート）である。粘度調製溶媒は、ＤＭＣに限定されない。なお、この実施の形態では、正極２３と負極２２に電解質３５，３４を塗布し、セパレータが重ねられない負極２２側の電解質３４に保護フィルムを貼り付けるようにしているが、この時点で負極２２には電解質３４を塗布せず、後述する積層工程の前に電解質３４を塗布するようにしてもよい。

第１シール材配置工程においては、第１シール材２４が、集電体２１が露出している正極側外周部かつ正極２３の周囲を延長するように配置され、半集成体４０が形成される。第１シール材２４は、第１シール部２５を構成することとなる一液熱硬化型エポキシ樹脂である。第１シール材２４の配置は、例えば、ディスペンサを用いる塗布が適用される。

粘度制御工程においては、半集成体４０の表面に位置する電解質３５の粘度が、バイポーラ電極に配置された状態で、低下させられる。

セパレータ配置工程においては、セパレータ３１が、半集成体４０が有する集電体２１の正極側面（電解質３５の表面）の全てを覆うように配置される（図７参照）。これにより、セパレータ３１が、電解質３５および第１シール材２４に重ねられる。

セパレータ３１が配置される電解質３５は、粘度が低下している。電解質３５の粘着性は、その粘度の低下に伴って、低下するため、セパレータ３１は、円滑に配置される。したがって、セパレータに皺が生じて微少隙間が形成されたり、気泡が混入したりすることが抑制され、イオンの透過および電子の移動ができないデッドスペースを発生させ、電池の性能低下を引き起こす残留気泡が低減される。

第２シール材配置工程においては、第２シール材２６が、セパレータ３１上に配置され、集成体（サブアッシーユニット）４５が形成される（図８参照）。この際、第２シール材２６は、第１シール材２４の配置部位と相対するように（重なるように）位置決めされる。第２シール材２６は、第２シール部２７を構成することとなる一液熱硬化型エポキシ樹脂である。第２シール材２６の配置は、例えば、ディスペンサを用いる塗布が適用される。

第１シール材２４の厚みは、正極２３および電解質３４の合計厚み未満であり、かつ、第２シール材２６の厚みは、負極２２および電解質３５の合計厚み未満であるように、設定されることが好ましい。この場合、セパレータ３１が、外周部に位置する第１シール材２４および第２シール材２６に接触する前に、電解質３４，３５が設けられる中央部位と接触するため、第１シール材２４および第２シール材２６により囲まれた内部に、気泡を
残留することを抑制することが可能である。

次に、図９を参照し、集成体形成工程に続く接合体形成工程を説明する。

接合体形成工程は、積層工程、プレス工程、シール材硬化工程、ゲル界面形成工程、初充電工程および気泡排出工程に分割される。

積層工程においては、集成体４５から保護フィルムが取り除かれ、マガジンに順次セットされる。この際、集成体４５は、互いに接触しないように、積層方向に間隔をあけて配置される。積層方向は、集成体４５の面方向に対して垂直な方向である。そして、所定数の集成体４５のセットが完了すると、例えば、集成体４５が順次降下し、積層体を形成する。

プレス工程においては、第１および第２シール材２４，２６が所定の厚みを有するように、複数の集成体４５からなる積層体が、真空下で加圧される。例えば、真空度は、０．２〜０．５×１０^５Ｐａであり、加圧力は、１〜２×１０^６Ｐａである。

なお、真空下での加圧であり、電極および電解質層の積層界面に対する気泡の混入が抑制されるため、残留気泡を有するバイポーラ電池が製造される虞がさらに低減される。また、積層工程における集成体４５のセットの完了後に、マガジンを真空下に配置して、積層体を形成することも、気泡の混入の抑制の観点から、好ましい。

シール材硬化工程においては、積層体を加熱することで、第１および第２シール材２４，２６を熱硬化し、第１および第２シール部２５，２７を形成する。加熱条件は、例えば、８０℃である。積層体の加熱は、例えば、オーブンを適用することが可能である。

バイポーラ電池１０は、リチウム二次電池であり、水分を嫌うが、第１および第２シール部２５，２７が樹脂から構成されるため、水分の混入は、避けられない。そのため、プレス工程における第１および第２シール材２４，２６の前記所定の厚みは、第１および第２シール部２５，２７の外気に触れる厚さの寸法を極小にして、侵入する水分を減らす見地から設定されている。

ゲル界面形成工程においては、積層体を加熱下で加圧することで、積層体に含まれるセパレータ３１に、電解質３４，３５が浸透させられ、ゲル界面が形成される。加熱温度および加圧条件は、例えば、８０℃および１〜２×１０^６Ｐａである。これにより、複数の集成体４５が一体化された積層体（接合体）１６（図２参照）が得られる。

初充電工程においては、積層体１６と電気的に接続された充放電装置によって、初回充電が行われ、気泡が発生させさられる。初充電条件は、例えば、正極の塗布重量から概算された容量ベースで、２１Ｖ−０．５Ｃで４時間である。

気泡排出工程においては、例えば、積層体１６の表面をローラによって押圧することにより、積層体１６の中央部に位置する気泡が、外周部に移動させられて取り除かれる。したがって、電池の出力密度を向上させることが可能である。なお、ゲル界面形成工程で、既に気泡が十分排出されるので、気泡排出工程は必ずしも必要ではないが、この工程によって、気泡の抑制がより確実となる。

なお、接合体形成工程（アッシー工程）に続く組立工程においては、積層体１６が、外装ケース１４に収容され、バイポーラ電池１０が製造される（図１参照）。

次に、粘度制御工程に適用される粘度制御装置を詳述する。

図１０は、図５に示される粘度制御工程に適用される粘度制御装置を説明するための側面図、図１１は、図９に示される粘度制御装置の正面図、図１２は、図１０に示されるローラ部の断面図、図１３は、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに関する断面図、図１４は、図１２のＸＩＶ−ＸＩＶに関する断面図、図１５は、図１２に示されるカラーを説明するための平面図、図１６は、図１５のカラーの側面図、図１７は、図１２に示されるスリーブを説明するための平面図、図１８は、図１７のスリーブの側面図である。

実施の形態１に係るバイポーラ電池の製造装置が有する粘度制御装置（粘度制御手段）１００は、パレット１１０、台座部１２０、ローラ部（冷却手段）１３０、駆動手段１７０およびチャンバ１９０を有する。

パレット１１０は、第１シール材配置工程からの半集成体４０を投入するために使用され、半集成体４０の端部を固定するためにクランプ部１１２を有する。なお、半集成体４０は、バイポーラ電極の両面に配置された電解質３４，３５、および、集電体２１が露出している正極側外周部かつ正極２３の周囲を延長している第１シール材２４を有する。

台座部１２０は、パレット１１０が載置される支持部１２２、パレット１１０の移動を制止するためのストッパー１２４、および、パレット１１０を所定位置に位置決めするためのロケートピン１２６を有する。

ローラ部１３０は、半集成体４０の表面に位置する電解質３５の粘度を低下させるために使用され、ローラ１３１、シャフト１３７、冷媒通路１４０および軸受部１５０を有する。

ローラ１３１は、中央部１３３および中央部１３３の両側に位置する端部１３２，１３４からなり、半集成体４０の表面に位置する電解質３５と当接自在に配置される。中央部１３３および端部１３２，１３４は、別部材であり、外周近傍を外周に沿って延長する第１Ｏリング１３４を介し、ボルトなどの適当な締結手段によって、一体化されている。シャフト１３７は、ローラ１３１の軸部を貫通して配置されており、ローラ１３１は、回転自在である。

冷媒通路１４０は、ローラ１３１を冷却する冷媒を流通させるために使用され、連結部１４２、放射状部１４３、環状部１４４および円柱部１４５を有する。

連結部１４２は、シャフト１３７の一方および他方の端部の軸部を延長する通路である。ローラ１３１の端部１３２側の連結部１４２は、コネクタ１４１を経由し冷媒が供給されるチューブ１３８に連通されている。ローラ１３１の端部１３４側の連結部１４２は、コネクタ１４９を経由し冷媒が排出されるチューブ１３９に連通されている。チューブ１３８，１３９は、断熱材を巻いて保冷し、雰囲気中の水分が凝縮するのを防止することが好ましい。

放射状部１４３は、ローラ１３１の中央部から外周に向かって延長する十文字状の通路であり、連結部１４２と連通している。環状部１４４は、ローラ１３１の外周に沿って延長する通路であり、放射状部１４３と連通している。実施の形態１においては、ローラ１３１の中央部１３３の端面に、十文字状の溝および外周に沿って延長する環状溝が形成されており、中央部１３３の端面と当接させることによって、放射状部１４３および環状部１４４が形成されている（図１３参照）。

円柱部１４５は、外周に沿って８箇所に配置されており、ローラ１３１の中央部１３３の外周近傍を長手な方向に沿って延長し、中央部１３３の一方の端面に位置している放射状部１４３と、中央部１３３の他方の端面に位置している放射状部１４３を連通している。円柱部１４５の設置箇所数は、特に８箇所に限定されない。

上記構成の冷媒通路１４０においては、チューブ１３８に冷媒が導入されると、当該冷媒は、コネクタ１４１を経由しローラ１３１の内部に供給され、ローラ１３１を冷却した後で、コネクタ１４９を経由しチューブ１３９から排出される。これにより、半集成体４０の表面に位置する電解質に比較し、ローラ１３１の温度は低下するため、電解質に当接させると、電解質は冷却され、その粘度も低下する。

冷媒は、特に限定されない。しかし、電解質を硬化させる場合、例えば、電解質を−５８℃まで冷却する場合、冷媒は、液体窒素（−１９６℃（７７Ｋ））などの極低温流体を用いることが好ましい。

軸受部１５０は、ローラ１３１を回転自在に支持すると共に冷媒通路１４０を流通する冷媒が漏出しないように構成されており、ベアリング１５２、カラー１５３、第２Ｏリング１５４、スリーブ１５５および第３Ｏリング１５６を有する。

ベアリング１５２は、ローラ１３１の端部１３２，１３４の端面に配置され、シャフト１３７が貫通している。第２Ｏリング１５４は、ベアリング１５２の内側に配置されている。カラー１５３（図１４および図１５参照）は、ベアリング１５２と第２Ｏリング１５４との間に配置されている。

スリーブ１５５（図１６および図１７参照）は、円柱状であり、冷媒通路１４０の放射状部１４３と対応する開口部が外周部に形成されており、シャフト１３７に配置される冷媒通路１４０の連結部１４２と、ローラ１３１に配置される放射状部１４３との接続面に位置決めさている。第３Ｏリング１５６は、スリーブ１５５の内側に配置されており、ローラ１３１の中央部１３３の端部端面の近傍に位置している。

第１Ｏリング１３４、第２Ｏリング１５４および第３Ｏリング１５６の材質は、良好なシール性を有しておれば、特に限定されない。しかし、例えば、冷媒として液体窒素などの極低温流体が用いられる場合は、フッ素ゴム、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂、ＰＴＦＥ被覆メタルの適用が好ましい。

駆動手段１７０は、ローラ１３１の回転および水平移動のために使用され、フレーム１７２、第１サーボモータ１７６、エアシリンダ部１７８およびリニアアクチュエーター１８０を有する。

フレーム１７２は、ローラ部１３０のシャフト１３７を支持している。第１サーボモータ１７６は、ハーモニックドライブ減速機１７４および歯車機構１７５を介してローラ１３１に連結されている。したがって、第１サーボモータ１７６を制御することで、ローラ１３１を回転させることが可能である。

エアシリンダ部１７８は、フレーム１７２の上部中央に連結されており、フレーム１７２を降下させることにより、半集成体４０の表面に位置する電解質３５に対してローラ１３１を当接させるように設定されている。

リニアアクチュエーター１８０は、エアシリンダ部１７８を支持しており、エアシリンダ部１７８に連結されるフレーム１７２を介して、ローラ１３１を水平移動させるために
使用され、支持部１８２、ガイドレール部１８３、ボールねじ部１８５および第２サーボモータ１８８を有する。

支持部１８２は、チャンバ１９０に連結されており、ガイドレール部１８３およびボールねじ部１８５が固定されている。ガイドレール部１８３は、エアシリンダ部１７８をスライド自在に支持している。ボールねじ部１８５は、回転することで、エアシリンダ部１７８を水平方向に駆動するように設定されている。

第２サーボモータ１８８は、カップリング１８６を介して、ボールねじ部１８５に連結されている。したがって、第２サーボモータ１８８を制御することで、ボールねじ部１８５、エアシリンダ部１７８およびフレーム１７２を介し、ローラ１３１を水平移動させることが可能である。なお、第１サーボモータ１７６および第２サーボモータ１８８は、同期制御される。

チャンバ１９０は、パレット１１０、台座部１２０、ローラ部１３０および駆動手段１７０を収容するために使用され、下部に台座部１２０の支持部１２２が載置され、上部に駆動手段１７０のリニアアクチュエーター１８０の支持部１８２が連結されている。

したがって、粘度制御装置１００は、低温のローラ１３１を、半集成体４０の表面に位置する電解質３５に当接させ、回転させながら水平移動させることで、電解質３５の全面を冷却し電解質３５の粘度を低下させることが可能である。

以上のように、実施の形態１に係るバイポーラ電池の製造方法は、電解質の粘度を低下させるための粘度制御工程を有している。粘度制御工程における電解質の粘度の低下に伴って、その粘着性も低下するため、セパレータ配置工程において、セパレータは、電解質の表面（電解質が配置されたバイポーラ電極の一方側）に、円滑に配置される。したがって、セパレータに皺が生じて微少隙間が形成されたり、気泡が混入したりすることが抑制され、イオンの透過および電子の移動ができないデッドスペースを発生させ、電池の性能低下を引き起こす残留気泡が低減される。つまり、気泡の混入を抑制することにより、良好な電池性能を有するバイポーラ電池を製造するための製造方法を提供することができる。

また、電解質の粘度は、電解質を冷却することによって、低下させられており、電解質の粘度を容易に低下させることができる。

電解質は、硬化するまで冷却されることが好ましい。この場合。硬化した電解質の粘着性は、極めて低いため、セパレータは、電解質の表面により円滑に配置される。したがって、セパレータに皺が生じて微少隙間が形成されたり、気泡が混入したりすることが、確実に抑制される。

また、粘度制御工程は、電解質配置工程の後に位置しており、粘度制御工程において、電解質は、バイポーラ電極の両面に配置された状態で冷却される。したがって、セパレータが配置される直前に電解質が冷却されているため、作業性が良好である。

電解質は、電解質の温度より低温のローラを当接させることによって、冷却される。つまり、電解質の冷却は、当接するローラの熱伝導によって引き起こされるため、効率的となる。また、ローラの内部には、冷媒が循環しているため、ローラを容易かつ効率的に冷却することができる。

一方、実施の形態１に係るバイポーラ電池の製造装置は、電解質の粘度を低下させるた
めの粘度制御装置を有している。したがって、粘度制御手段によって電解質の粘度を低下させる場合、電解質の粘着性が低下するため、セパレータを、電解質の表面に円滑に配置することができる。したがって、セパレータに皺が生じて微少隙間が形成されたり、気泡が混入したりすることが抑制され、イオンの透過および電子の移動ができないデッドスペースを発生させ、電池の性能低下を引き起こす残留気泡を低減することが可能である。つまり、気泡の混入を抑制することにより、良好な電池性能を有するバイポーラ電池を製造するための製造装置を提供することができる。

粘度制御装置は、電解質を冷却するためのローラ部を有するため、電解質の粘度を容易に低下させることができる。ローラ部は、電解質を硬化するまで冷却することができる。この場合、硬化した電解質の粘着性は、極めて低いため、セパレータは、電解質の表面により円滑に配置することができる。したがって、セパレータに皺が生じて微少隙間が形成されたり、気泡が混入したりすることが、確実に抑制することが可能である。

ローラ部は、電解質を、バイポーラ電極の両面に配置された状態で、冷却することができる。この場合、セパレータが配置される直前に電解質が冷却されるため、良好な作業性が確保することが可能である。ローラ部は、電解質の温度より低温かつ電解質に当接自在のローラを有しており、電解質の冷却は、当接するローラの熱伝導によって引き起こされるため、効率的となる。ローラの内部には、冷媒が循環する配管系が配置されているため、ローラを容易かつ効率的に冷却することができる。

図１９は、実施の形態２を説明するための断面図である。

実施の形態２は、粘度制御装置のチャンバの構造に関し、実施の形態１と概して異なる。なお、以下において、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。

実施の形態２に係る粘度制御装置２００のチャンバ２９０は、真空断熱２重構造の壁部を有し、壁部の内部には、冷却コイル（露点低下手段）２９２が配置されている。冷却コイル２９２の内部を流通する冷媒は、液体窒素である。冷却コイル２９２は、例えば、チャンバ２９０の内部の雰囲気温度および露点が、−６０℃および−６５℃になるように設定される。

以上のように、実施の形態２は、雰囲気の露点を低下させるための冷却コイル２９２を有する。したがって、粘度制御工程において、粘度制御装置のローラ２３１は、露点が低下させられた雰囲気下で、半集成体４０の表面に位置する電解質３５を冷却することが可能であり、雰囲気中の水分が凝縮（例えば、ローラ表面に結露）しないため、水分の混入による不具合を避けることができる。

図２０は、実施の形態３に係る双極型２次電池の製造方法を説明するための工程図、図２１は、実施の形態３に係る粘度制御工程を説明するための断面図である。

実施の形態３は、粘度制御工程の実施順番に関し、実施の形態１と概して異なり、電解質配置工程と第１シール材配置工程の間に、粘度制御工程が実施される。この場合、粘度を低下させる電解質３５の周囲に第１シール材２４が存在せず、第１シール材２４との干渉を考慮する必要がないため、電解質３５を冷却するためのローラ３３１の制御が容易である。

図２２は、実施の形態４に係る双極型２次電池の製造方法を説明するための工程図、図２３は、実施の形態４に係る双極型２次電池の製造装置を説明するための断面図、図２４
は、図２２に示される電解質配置工程を説明するための断面図である。

実施の形態４は、粘度制御工程の実施順番および粘度制御装置の構成に関し、実施の形態１と概して異なる。

実施の形態４に係る粘度制御工程は、電解質配置工程の前に位置している。したがって、電解質３５は、バイポーラ電極に配置される前であるため、実施の形態１に比較し、容易に冷却することができる。

粘度制御工程に適用される粘度制御装置４００は、例えば、チャンバ４９０、台座部４２０および冷却コイル（冷却手段かつ露点低下手段）４３０を有する。チャンバ４９０は、真空断熱２重構造の壁部を有する。冷却コイル４３０は、チャンバ４９０の壁部の内部に配置されている。台座部４２０は、電解質を板状に硬化するために使用される。

冷却コイル４３０の内部を流通する冷媒は、液体窒素である。冷却コイル４３０は、例えば、チャンバ４９０の内部の雰囲気温度を−６０℃であり、露点が−６５℃となるように設定される。

したがって、台座部４２０に載置される電解質３５は、冷却コイル４３０によって冷却し、硬化されることで、粘度が低下する。また、露点が低下させられた雰囲気下で、電解質が冷却され、雰囲気中の水分が凝縮しないため、水分の混入による不具合を避けることができる。

そして、電解質配置工程においては、バイポーラ電極に硬化している電解質３５が配置される。

以上のように、実施の形態４に係る粘度制御工程は、電解質配置工程の前に位置しており、電解質３５は、バイポーラ電極に配置される前であるため、実施の形態１に比較し、容易に冷却することができ、また、粘度制御装置４００の構成を単純化することが可能である。

また、生産性の観点から、粘度制御装置４００において硬化される電解質３５のサイズを大きくし、適宜短冊状に切断することも好ましい。また、低温の電解質３５に、雰囲気中の水分が凝縮しないように、電解質配置工程、第１シール材配置工程およびセパレータ配置工程および第２シール材配置工程を、露点が低下させられた雰囲気下で実施することも好ましい。さらに、電解質３４も同様に、板状に硬化させて使用することも可能である。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。

例えば、第１および第２シール材２４，２６は、熱可塑性樹脂を適用することも可能である。この場合、第１および第２シール材２４，２６は、加熱することによって塑性変形し、第１および第２シール部２５，２７を形成することとなる。

電解質は、熱可塑型に限定されず、熱硬化型を適用することも可能である。この場合も、加熱下での加圧により、電解質層を硬化させることで漏液が防止され、液絡を防ぐことが可能である。

プレス工程における面圧は、１〜２×１０^６Ｐａに限定されず、積層体１６の構成材料
の強度等の物性を考慮し、適宜設定することが可能である。シール材硬化工程における加熱温度は、８０℃に限定されず、電解液の耐熱性や、第１シール材２４（第１シール部２５）および第２シール材２６（第２シール部２７）の硬化温度などの物性を考慮し、例えば、６０℃〜１５０℃であることが好ましい。

電解質３４，３５、第１および第２シール材２４，２６を適宜選択することにより、シール材硬化工程およびゲル界面形成工程を一体化し、第１および第２シール材２４，２６の硬化および電解質層の完成を同時に実施することで、製造工程の短縮を図ることも可能である。シール材硬化工程とゲル界面形成工程の間に、積層体１６の各層（双極型単電池）の電位をモニタするためのタブ（リード線）を、取り付けるための工程を追加することも可能である。

実施の形態１に係るバイポーラ電池を説明するための斜視図である。 実施の形態１に係るバイポーラ電池を説明するための断面図である。 図１に示されるバイポーラ電池を利用する組電池を説明するための斜視図である。 図３に示される組電池が搭載されている車両の概略図である。 実施の形態１に係るバイポーラ電池の製造方法を説明するための全体工程図である。 図５に示される集成体形成工程を説明するための工程図である。 図６に示されるセパレータ配置工程を説明するための断面図である。 図６に示される第２シール材配置工程を説明するための断面図である。 図５に示される接合体形成工程を説明するための工程図である。 図５に示される粘度制御工程に適用される粘度制御装置を説明するための側面図である。 図９に示される粘度制御装置の正面図である。 図１０に示されるローラ部の断面図である。 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに関する断面図である。 図１２のＸＩＶ−ＸＩＶに関する断面図である。 図１２に示されるカラーを説明するための平面図である。 図１５のカラーの側面図である。 図１２に示されるスリーブを説明するための平面図である。 図１７のスリーブの側面図である。 実施の形態２を説明するための断面図である。 実施の形態３に係る双極型２次電池の製造方法を説明するための工程図である。 実施の形態３に係る粘度制御工程を説明するための断面図である。 実施の形態４に係る双極型２次電池の製造方法を説明するための工程図である。 実施の形態４に係る双極型２次電池の製造装置を説明するための断面図である。 図２２に示される電解質配置工程を説明するための断面図である。

符号の説明

１０ バイポーラ電池、
１１，１２ 端子プレート、
１４ 外装ケース、
１６ 積層体、
２０ バイポーラ電極、
２１ 集電体、
２２ 負極、
２３ 正極、
２４，２６ シール材、
２５，２７ シール部、
３０ 電解質層、
３１ セパレータ、
３４，３５ 電解質、
４０ 半集成体、
４５ 集成体、
５０ 組電池、
５２，５４ 導電バー、
６０ 組電池モジュール、
７０ 車両、
１００ 粘度制御装置（粘度制御手段）、
１１０ パレット、
１１２ クランプ部、
１２０ 台座部、
１２２ 支持部、
１２４ ストッパー、
１２６ ロケートピン、
１３０ ローラ部（冷却手段）、
１３１ ローラ、
１３２，１３４ 端部、
１３３ 中央部、
１３４ 第１Ｏリング、
１３７ シャフト、
１３８，１３９ チューブ、
１４０ 冷媒通路、
１４１ １４９コネクタ、
１４２ 連結部、
１４３ 放射状部、
１４４ 環状部、
１４５ 円柱部、
１５０ 軸受部、
１５２ ベアリング、
１５３ カラー、
１５４ 第２Ｏリング、
１５５ スリーブ、
１５６ 第３Ｏリング、
１７０ 駆動手段、
１７２ フレーム、
１７４ ハーモニックドライブ減速機、
１７５ 歯車機構、
１７６ 第１サーボモータ、
１７８ エアシリンダ部、
１８０ リニアアクチュエーター、
１８２ 支持部、
１８３ ガイドレール部、
１８５ ボールねじ部、
１８６ カップリング、
１８８ 第２サーボモータ、
１９０ チャンバ、
２００ 粘度制御装置（粘度制御手段）、
２３１ ローラ、
２９０ チャンバ、
２９２ 冷却コイル（露点低下手段）、
３３１ ローラ、
４００ 粘度制御装置（粘度制御手段）、
４２０ 台座部、
４３０ 冷却コイル（冷却手段かつ露点低下手段）、
４９０ チャンバ。

Claims (12)

1. 集電体の一方の面に正極が形成され他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極に対し、電解質が浸透するよう通気性を有したセパレータを含む電解質層を設け、これらを複数積層したバイポーラ電池の製造方法であって、
   前記集電体に形成された正極と負極の少なくとも一方の面にゲルポリマー系電解質を配置する電解質配置工程と、
   前記電解質が配置された前記正極と負極のいずれか一方の面に、前記セパレータを配置するセパレータ配置工程を有し、
   前記セパレータ配置工程において前記正極と負極のいずれか一方の面にセパレータが配置される以前に、前記電解質の粘度を低下させる粘度制御工程を有し、
   前記電解質の粘度は、前記電解質を冷却することによって、低下させられ、
   前記電解質は、硬化するまで冷却される
   ことを特徴とするバイポーラ電池の製造方法。
2. 前記電解質が配置された前記正極と負極のいずれか一方の面に、前記セパレータを配置するセパレータ配置工程によってサブアッシーユニットを形成する工程と、前記サブアッシーユニットを複数積層して積層体を形成するアッシー工程を有することを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ電池の製造方法。
3. 前記粘度制御工程は、前記電解質配置工程の後に位置しており、
   前記粘度制御工程において、前記電解質が前記電極に配置された状態で冷却される
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバイポーラ電池の製造方法。
4. 前記電解質は、常温よりも低温のローラを当接させることによって、冷却されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバイポーラ電池の製造方法。
5. 前記ローラの内部には、冷媒が循環していることを特徴とする請求項４に記載のバイポーラ電池の製造方法。
6. 前記粘度制御工程は、前記電解質配置工程の前に位置しており、
   前記電解質配置工程において、前記バイポーラ電極の少なくとも一方の面に、硬化している前記電解質が配置される
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバイポーラ電池の製造方法。
7. 前記電解質は、露点が低下させられた雰囲気下で冷却されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のバイポーラ電池の製造方法。
8. 集電体の一方の面に正極が形成され他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極に対し、電解質が浸透するよう通気性を有したセパレータを含む電解質層を設け、これらを複数積層したバイポーラ電池の製造装置であって、
   前記電解質の粘度を低下させる粘度制御手段を有しており、
   前記セパレータは、粘度の低下した前記電解質に配置され、
   前記粘度制御手段は、前記電解質を冷却する冷却手段を有し、
   前記冷却手段は、前記電解質を硬化するまで冷却する
   ことを特徴とするバイポーラ電池の製造装置。
9. 前記冷却手段は、前記電解質を、前記バイポーラ電極に配置された状態で、冷却することを特徴とする請求項８に記載のバイポーラ電池の製造装置。
10. 前記冷却手段は、前記電解質に当接自在のローラを有することを特徴とする請求項９に記載のバイポーラ電池の製造装置。
11. 前記ローラの内部には、冷媒が循環する通路が配置されていることを特徴とする請求項１０に記載のバイポーラ電池の製造装置。
12. 雰囲気の露点を低下させるための露点低下手段を有しており、
    前記冷却手段は、露点が低下させられた雰囲気下で、前記電解質を冷却する
    ことを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載のバイポーラ電池の製造装置。

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