JP5343663B2 - 双極型二次電池の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、双極型二次電池の製造方法および製造装置に関する。

双極型二次電池は、双極型電極とセパレータとが積層された積層体を貼り合せて、複数積層することにより製造されており、単電池間での液絡を防止するため、シール部が配置される（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１１−２０４１３６号公報

しかし、双極型電極とセパレータとが積層された積層体を貼り合せて積層する際において双極型電極とセパレータとの間に混入した気泡は、シール部あるいはシール材（シール部の前駆体）の存在のため、電池内部から外部へ排出することが出来ない。そのため、デッドスペースが発生したり、セパレータに皺が発生したりすることで、セパレータでのイオンの移動が妨げられ（抵抗が増大）、出力が低下する問題を有する。

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双極型二次電池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、双極型電極とセパレータとが積層された積層体を貼り合せて、複数積層することにより双極型二次電池を製造するための製造方法である。当該製造方法は、第１積層体の貼り合せ面の背面を、第１保持手段によって保持する一方、前記第１積層体に相対する第２積層体の貼り合せ面の背面を、前記第１保持手段に対して近接離間自在に配置される第２保持手段によって保持する保持工程と、
前記第１保持手段により保持される前記第１積層体と、前記第２保持手段により保持される前記第２積層体と、を貼り合して積層する積層工程と、を有する。また、前記第１保持手段および前記第２保持手段の少なくとも一方は、負圧によって前記貼り合せ面の背面を保持している。前記積層工程は、前記第１積層体を保持している前記第１保持手段と、前記第２積層体を保持している前記第２保持手段と、の間に位置する空間を、ケーシング部によって取り囲み、前記第１保持手段および前記第２保持手段の少なくとも一方と、前記ケーシング部との間にシール材を配置することによって、前記空間を密閉する密閉工程と、密閉された前記空間を減圧し、前記第１積層体と前記第２積層体とを貼り合して積層する減圧工程と、を有する。

上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、双極型電極とセパレータとが積層された積層体を貼り合せて、複数積層することにより双極型二次電池を製造するための製造装置である。当該製造装置は、第１積層体の貼り合せ面の背面を保持する第１保持手段と、前記第１保持手段に対して近接離間自在に配置され、前記第１積層体に相対する第２積層体の貼り合せ面の背面を保持する第２保持手段と、前記第１積層体を保持している前記第１保持手段と、前記第２積層体を保持している前記第２保持手段と、の間に位置する空間を密閉するための密閉手段と、前記密閉手段によって密閉された前記空間を減圧するための減圧機構と、を有する。また、前記密閉手段は、前記空間を取り囲むように配置されるケーシング部と、前記第１保持手段および前記第２保持手段の少なくとも一方と、前記ケーシング部との間に配置され、前記空間を密閉するためのシール材と、を有し、前記第１保持手段および前記第２保持手段の少なくとも一方は、負圧によって前記貼り合せ面の背面を保持する負圧保持機構を有し、前記第１積層体と前記第２積層体とは、前記減圧機構によって前記空間が減圧されると、貼り合されて積層される。

本発明の一様相に係る双極型二次電池の製造方法および別の一様相に係る双極型二次電池の製造方法によれば、第１積層体および第２積層体の保持部位は、外周ではなく、貼り合せ面の背面であり、かつ、第１積層体を保持している第１保持手段と、第２積層体を保持している第２保持手段と、の間に位置する空間は、第１および第２保持手段の少なくとも一方と、前記空間を取り囲んでいるケーシング部との間にシール材を配置することによって、密閉されて減圧されているため、第１積層体と第２積層体とを貼り合せて積層する際、積層体同士を面接触させ、気泡の混入を抑制することが可能である。これにより、気泡の混入によるデッドスペースおよび皺の発生が削減されるため、出力の低下を避けることができる。したがって、気泡の混入を抑制し得る双極型二次電池の製造方法および製造装置を、提供することができる。

本発明の実施の形態に係る双極型二次電池を説明するための斜視図である。 本発明の実施の形態に係る双極型二次電池を説明するための断面図である。 図１に示される双極型二次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。 本発明の実施の形態に係る双極型二次電池の製造方法を説明するための工程図である 図５に示される電極形成工程を説明するための平面図である。 図５に示される電極形成工程を説明するための背面図である。 図６の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに関する断面図である。 図５に示される第１シール材配置工程を説明するための平面図である。 図９の線Ｘ−Ｘに関する断面図である。 図５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５に示されるアッシー工程に適用される製造装置を説明するための断面図である。 図５に示されるサブアッシーユニット保持工程を説明するための断面図である。 図５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に示される積層工程における密閉空間の形成を説明するための断面図である。 図５に示される積層工程における減圧を説明するための断面図である。 図５に示される加圧工程を説明するための断面図である。 サブアッシーユニット保持工程〜加圧工程の繰り返しを説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る双極型二次電池の容量評価結果を説明するための図表である。 本発明の実施の形態に係る変形例１を説明するための断面図である。 変形例１に係る密閉機構を説明するための断面図である。 変形例１に係る密閉機構を説明するための平面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例２を説明するための平面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例３を説明するための平面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例４を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例５を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例６を説明するための断面図である。

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および図２は、本発明の実施の形態に係る双極型二次電池を説明するための斜視図および断面図である。

双極型二次電池１０は、リチウム二次電池であり、外装ケース１４、外装ケース１４の内部に配置される電池本体部１６および端子プレート１１，１２を有する。電池本体部１６は、後述するように、減圧を利用して気泡の混入が抑制されており、双極型二次電池１０は、良好な電池性能を備えている。

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から構成されることが好ましい。

電池本体部１６は、複数の単電池（電池要素）を有しており、双極型電極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。双極型電極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。

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、電池本体部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、電池本体部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、電池本体部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、電池本体部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に示される双極型二次電池を利用する組電池を説明するための斜視図である。

双極型二次電池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、双極型二次電池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、各双極型二次電池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、双極型二次電池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）６０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、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、本発明の実施の形態に係る双極型二次電池の製造方法を説明するための工程図である
本実施の形態に係る双極型二次電池の製造方法は、双極型電極とセパレータとが積層されたサブアッシーユニット（積層体）を形成するためのサブアッシーユニット形成工程と、サブアッシーユニットを複数積層した双極型二次電池（電池本体部）を形成するためのアッシー工程と、電池本体部を外装ケースに収容するため組立工程とを有する。なお、アッシー工程においては、良好な電池性能を有するように、減圧を利用して気泡の混入を抑制している。

サブアッシーユニット形成工程は、電極形成工程、電解質配置工程、第１シール材配置工程およびセパレータ配置工程に分割される。アッシー工程は、サブアッシーユニット保持工程、第２シール材配置工程、積層工程、加圧工程、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。

次に、サブアッシーユニット形成工程の各工程を詳述する。

図６および図７は、図５に示される電極形成工程を説明するための平面図および背面図、図８は、図６の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに関する断面図である。

電極形成工程においては、図６および図７に示されるように、集電体２１の一方および他方の面に、正極スラリー２３Ａおよび負極スラリー２２Ａが、それぞれ塗布される。集電体２１は、例えば、厚さ２０μｍのステンレススチール箔である。

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、図８に示されるように、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。正極２３および負極２２の厚みは、例えば、３０μｍである。

電極形成工程に続く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（不図示）が、塗布される。電解質の塗布部位は、正極２３および負極２２の電極部である。

電解質は、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、電解質層を、正極上や負極上、あるいはその両方に予め形成したり、電極や電解質層を別々に形成したりすることも可能である。

図９は、図５に示される第１シール材配置工程を説明するための平面図、図１０は、図９の線Ｘ−Ｘに関する断面図である。

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（未硬化）からなる前駆体である。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。

図１１は、図５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。

セパレータ配置工程においては、ＰＥ（ポリエチレン）セパレータ３１が、集電体２１の正極側面（電解質の表面）の全てを覆うように配置される。これにより、セパレータ３１が、電解質および第１シール材２４に重ねられ、サブアッシーユニット（積層体）４０が形成される。セパレータ３１の厚みは、例えば、１２μｍである。

図１２は、図５に示されるアッシー工程に適用される製造装置を説明するための断面図である。

製造装置１００は、サブアッシーユニット４０を貼り合せて、複数積層することにより双極型二次電池（電池本体部）を製造するために使用され、載置台（第１保持手段）１１０、上部アーム（第２保持手段）１２０、密閉手段１３０、減圧機構１４０および加圧手段１５０を有する。以下において、載置台１１０によって保持されるサブアッシーユニットを、下方積層体（第１積層体）４０Ａで参照し、上部アーム１２０によって保持されるサブアッシーユニットを、上方積層体（第２積層体）４０Ｂで参照する。

載置台１１０は、下方積層体４０Ａの貼り合せ面４２の背面４４を、負圧によって保持するために使用され、負圧保持機構１１１および負圧保持機構１１１が配置される基部１１８を有する。負圧保持機構１１１は、下方積層体４０Ａの背面４４と当接する吸着パッド（支持部）１１２、および、外部の負圧源に連結される負圧導入部１１６を有する。吸着パッド１１２は、多孔性材料からなり、平面からなる当接面１１４を有する。負圧保持機構１１１は、吸着パッド１１２の当接面１１４の上方に位置する下方積層体４０Ａの背面４４を吸引することで、下方積層体４０Ａの背面４４全体を保持自在に設定されている。

上部アーム１２０は、載置台１１０に対して近接離間自在に配置され、下方積層体４０Ａに相対する上方積層体４０Ｂの背面４４を、負圧によって保持するために使用され、負圧保持機構１２１および負圧保持機構１２１が配置される基部１２８を有する。負圧保持機構１２１は、上方積層体４０Ｂの背面４４と当接する吸着パッド（支持部）１２２、および、外部の負圧源に連結される負圧導入部１２６を有する。吸着パッド１２２は、多孔性材料からなり、平面からなる当接面１２４を有する。負圧保持機構１２１は、吸着パッド１２２の当接面１２４の下方に位置する上方積層体４０Ｂの背面４４を吸引することで、上方積層体４０Ｂの背面４４全体を保持自在に設定されている。

密閉手段１３０は、下方積層体４０Ａを保持している載置台１１０と、上方積層体４０Ｂを保持している上部アーム１２０と、の間に形成される（位置する）空間を、密閉するために使用され、上部気密シール１３２、下部気密シール１３４およびケーシング部１３６を有する。

上部気密シール１３２は、弾性体からなり、上部アーム１２０の基部１２８の外周に沿って配置されている。下部気密シール１３４は、弾性体からなり、載置台１１０の基部１１８の外周に沿って配置されている。ケーシング部１３６は、下方積層体４０Ａおよび上方積層体４０Ｂをそれぞれ保持した載置台１１０および上部アーム１２０が、スライド自在に構成されている。

したがって、上部気密シール１３２が、ケーシング部１３６の内面と上部アーム１２０の基部１２８の外周との間に位置する一方、下部気密シール１３４が、ケーシング部１３６の内面と載置台１１０の基部１１８の外周との間に位置する場合、載置台１１０と上部アーム１２０との間の空間は、密閉されることになる。つまり、ケーシング部１３６、上部アーム１２０および載置台１１０は、上部気密シール１３２および下部気密シール１３４を介在させることで、一体として、密閉チェンバを形成する。

減圧機構１４０は、密閉手段１３０によって密閉された前記空間を減圧するために使用され、減圧配管系１４２および排出手段１４４を有する。減圧配管系１４２は、真空ポンプ等の外部の減圧源（不図示）に連結されている。排出手段１４４は、前記空間の内部に存在する気体を排出するために使用され、ケーシング部１３６に配置される排気口からなる。つまり、排出手段１４４は、下方積層体４０Ａおよび上方積層体４０Ｂの貼り合せ面４２に対して交差する積層方向Ｌに延長する前記空間の側面に、配置されている。

なお、下方積層体４０Ａと上方積層体４０Ｂとは、前記減圧機構によって前記空間が減圧されると、貼り合されて積層される。したがって、気泡の混入を抑制するためには、高い真空度（真空）であることが好ましい。

加圧手段１５０は、例えば、液圧シリンダを有し、上部アーム１２０に配置されており、上方積層体４０Ｂおよび下方積層体４０Ａを貼り合せて積層した後において、減圧機構１４０によって前記空間が減圧された状態で、上部アーム１２０を介して上方積層体４０Ｂおよび下方積層体４０Ａを積層方向Ｌに加圧するために使用される。

以上のように、製造装置１００においては、下方積層体４０Ａおよび上方積層体４０Ｂの保持部位は、外周ではなく、貼り合せ面４２の背面４４であり、かつ、下方積層体４０Ａを保持している載置台１１０と、上方積層体４０Ｂを保持している上部アーム１２０と、の間に形成される密閉空間Ｓは、減圧されているため、下方積層体４０Ａと上方積層体４０Ｂとを貼り合せて積層する際、積層体同士を面接触させ、気泡の混入を抑制することが可能である。これにより、気泡の混入によるデッドスペースおよび皺の発生が削減されるため、出力の低下を避けることができる。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双極型二次電池を、提供することが可能である。また、減圧される空間は、載置台１１０と上部アーム１２０との間に形成される小さな空間であるため、真空度の向上および減圧時間の短縮化を図ることが可能である。

密閉空間Ｓの側面に排気口１４４が配置されており、密閉空間内部に存在する気体が、密閉空間Ｓの側面から排出されて、減圧されるため、気泡を効率よく排除することができる。

貼り合せて積層した後において減圧を維持した状態で、上方積層体４０Ｂおよび下方積層体４０Ａを加圧することにより、気泡が混入することが抑制されるため、残留気泡をさらに減少させことが可能である。

載置台１１０および上部アーム１２０によって保持される下方積層体４０Ａおよび上方積層体４０Ｂの貼り合せ面４２は、平面からなる当接面１１４，１２４によってその背面４４が支持され、平面を維持した状態で貼り合せて積層されるため、皺が発生し難くかつ気泡を確実に排除することが可能である。

次に、製造装置１００が適用されるアッシー工程の各工程を説明する。

図１３は、図５に示されるサブアッシーユニット保持工程を説明するための断面図である。

サブアッシーユニット保持工程においては、下方積層体４０Ａの背面４４を、負圧によって載置台１１０によって保持する一方、下方積層体４０Ａに相対する上方積層体４０Ｂの背面４４を、負圧によって上部アーム１２０によって保持する。この際、下方積層体４０Ａおよび上方積層体４０Ｂは、互いに接触しないように、積層方向Ｌに間隔をあけて配置される。また、下方積層体４０Ａの背面４４（負極２２）は、載置台１１０の吸着パッド１１２における平面からなる当接面１１４に吸着され、上方積層体４０Ｂの背面４４（セパレータ３１）は、上部アーム１２０の吸着パッド１２２における平面からなる当接面１２４に吸着される。

図１４は、図５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。

第２シール材配置工程においては、第２シール材２６が、下方積層体４０Ａの貼り合せ面４２（セパレータ３１）上に配置され。この際、第２シール材２６は、第１シール材２４の配置部位と対応するように（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（未硬化）からなる前駆体である。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。

なお、第２シール材配置工程は、セパレータ配置工程の後に配置し、サブアッシーユニット保持工程において、第２シール材２６が予め配置された下方積層体４０Ａを、載置台１１０に保持させることも可能である。

図１５および図１６は、図５に示される積層工程における密閉空間の形成および減圧を説明するための断面図である。

積層工程においては、上部アーム１２０により保持される上方積層体４０Ｂと、載置台１１０により保持される下方積層体４０Ａと、を貼り合して積層する。この際、載置台１１０と上部アーム１２０との間に形成される空間を密閉した後で、当該空間を減圧し、下方積層体４０Ａと上方積層体４０Ｂとを貼り合して積層する。

詳述すると、図１５に示されるように、上部アーム１２０が、ケーシング部１３６の内面をスライドしながら載置台１１０に向かって降下する。この際、上部気密シール１３２は、ケーシング部１３６の内面と上部アーム１２０の基部１２８の外周との間に位置する一方、下部気密シール１３４は、ケーシング部１３６の内面と載置台１１０の基部１１８の外周との間に位置する。したがって、載置台１１０と上部アーム１２０との間の空間Ｓは、密閉される。

上部アーム１２０の降下を継続し、下方積層体４０Ａと上方積層体４０Ｂとを貼り合して積層する直前において、減圧機構１４０を作動させ、ケーシング部１３６に配置される排気口１４４および減圧配管系１４２を経由して、密閉空間内部に存在する気体を排出することで、密閉空間Ｓを減圧する。

貼り合して積層する直前における下方積層体４０Ａの貼り合せ面４２と上方積層体４０Ｂの貼り合せ面４２との間の離間距離は、非常に小さいため、減圧される密閉空間Ｓを最小限とすることが可能であり、また、下方積層体４０Ａおよび上方積層体４０Ｂの背面４４を保持するための負圧が、密閉空間Ｓの真空度に比較して弱くて、保持力がなくなる場合であっても、下方積層体４０Ａと上方積層体４０Ｂとを貼り合して積層することが可能である。

そして、上部アーム１２０の降下をさらに継続し、上部アーム１２０によって保持される上方積層体４０Ｂの貼り合せ面４２と、載置台１１０によって保持される下方積層体４０Ａの貼り合せ面４２と、を当接させて、図１６に示されるように、上方積層体４０Ｂと下方積層体４０Ａとを貼り合して積層する。

この際、下方積層体４０Ａおよび上方積層体４０Ｂの保持部位は、外周ではなく、貼り合せ面４２の背面４４であり、かつ、下方積層体４０Ａを保持している載置台１１０と、上方積層体４０Ｂを保持している上部アーム１２０と、の間に形成される密閉空間Ｓは、減圧されているため、下方積層体４０Ａと上方積層体４０Ｂとを貼り合せて積層する際、積層体同士を面接触させ、気泡の混入を抑制することが可能である。これにより、気泡の混入によるデッドスペースおよび皺の発生が削減されるため、出力の低下を避けることができる。したがって、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双極型二次電池を、提供することが可能である。また、減圧される空間は、載置台１１０と上部アーム１２０との間に形成される小さな空間であるため、真空度の向上および減圧時間の短縮化を図ることが可能である。

載置台１１０および上部アーム１２０によって保持される下方積層体４０Ａおよび上方積層体４０Ｂの貼り合せ面４２は、平面からなる当接面１１４，１２４によってその背面４４が支持され、平面を維持した状態で貼り合せて積層されるため、皺が発生し難くかつ気泡を確実に排除することが可能である。

図１７は、図５に示される加圧工程を説明するための断面図である。

加圧工程においては、貼り合せて積層した後の下方積層体４０Ａおよび上方積層体４０Ｂを、密閉空間Ｓが減圧された状態で、上部アーム１２０を介して加圧手段１５０によって積層方向Ｌに加圧することで、下方積層体４０Ａおよび上方積層体４０Ｂが有する第１および第２シール材２４，２６の厚みを、所定に値（極厚みと同等の厚み）に調整する。この際、下方積層体４０Ａおよび上方積層体４０Ｂは、加圧によって、気泡が混入することが抑制されるため、残留気泡をさらに減少させことが可能である。

図１８は、サブアッシーユニット保持工程〜加圧工程の繰り返しを説明するための断面図である。

加圧工程が完了すると、上部アーム１２０は、上方積層体４０Ｂの保持を解除し、上昇する。これにより、貼り合されて積層された上方積層体４０Ｂと一体化された下方積層体４０Ａが、載置台１１０によって保持されることになる。そして、サブアッシーユニット保持工程〜加圧工程が所定回数繰り返される。つまり、サブアッシーユニット保持工程〜加圧工程を繰り返す毎に、載置台１１０によって保持される下方積層体４０Ａに含まれるサブアッシーユニットが増加していくことになる。なお、最後の繰り返し時においては、図１８に示されるように、上部アーム１２０に保持される上方積層体４０Ｂとして、正極用電解質、第１シール材およびセパレータを有しないサブアッシーユニットが適用される。

シール材硬化工程においては、載置台１１０から取りはずされた下方積層体４０Ａ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を形成することで、電池本体部１６が形成される。下方積層体４０Ａの加熱は、例えば、オーブンを適用することが可能である。

ゲル界面形成工程においては、電池本体部１６を加熱下で加圧することで、電池本体部に含まれるセパレータ３１に、電解質が浸透させられ、ゲル界面が形成される。

初充電工程においては、電池本体部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。

気泡排出工程においては、例えば、電池本体部１６の表面をローラによって押圧することにより、電池本体部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。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。

組立工程においては、電池本体部１６が、外装ケース１４に収容され、双極型二次電池１０（図１参照）が製造される。

図１９は、本発明の実施の形態に係る双極型二次電池の容量評価結果を説明するための図表である。比較例は、積層工程および加圧工程が大気圧下で実施されている点で、本実施の形態と異なっている。

容量評価に使用された双極型二次電池の電池本体部は、サブアッシーユニットが５個積層されてなり、電極面、集電体およびセパレータのサイズ（ｍｍ）は、１２０×７０、１４０×９０および１５０×１００である。

また、双極型二次電池は、１００μｍのアルミニウム板からなる強電端子によって電池本体部を挟み込み、これらを覆うように外装ケースで真空密封し、大気圧によって電池要素全体を加圧することで形成した。強電端子のサイズ（ｍｍ）は、１３０×８０であり、電池要素の投影面全体を覆うことが可能であり、強電端子の一部が電池投影面外部まで伸びている。

容量評価においては、正極の塗布重量から概算された容量ベースで、２１Ｖ−１Ｃで２時間充電を行った後、下限電圧１２．５Ｖで１０Ｃ定電流放電を実施し、容量測定を行った。放電容量は、正極の塗布重量から概算された容量を１００％としたときの値である。

図１９に示さされるように、比較例は、８０％であり、本実施の形態は、９５％であった。つまり、本実施の形態は、１０Ｃという比較的負荷の高い放電でも、良好な放電容量を維持することが可能である。これは層間に気泡の残った比較例に係る電池に対し、本実施の形態に係る電池は、真空中で貼り合せて積層しいることから、気泡は電池内には残っておらず、気泡による放電の阻害がなかったためと考えられる。また、本実施の形態に係る製造装置１００においては、積層工程および加圧工程を大気圧下で実施する場合と同様なスピードで、貼り合せて積層することが可能であった。

図２０は、本発明の実施の形態に係る変形例１を説明するための断面図、図２１および図２２は、変形例１に係る密閉機構を説明するための断面図および平面図である。

変形例１は、密閉手段の構成が異なっており、装置構造が簡略化されている。

図２０に示されるように、密閉手段１３０Ａは、ケーシング部１３６Ａおよび単一の気密シール１３５Ａを有する。ケーシング部１３６Ａは、上部アーム１２０の基部１２８の外周（上部アーム１２０により保持される上方積層体４０Ｂの外周）を取り囲むように配置され、載置台１１０に向かって突出している。気密シール１３５Ａは、ケーシング部１３６Ａの内面と接触自在に、載置台１１０の基部１２８の外周に配置される。

したがって、図２１に示されるように、上部アーム１２０を載置台１１０に向かって降下させ、ケーシング部１３６Ａの内面を、気密シール１３５Ａを介して載置台１１０の基部１２８の外周を覆うように位置決めすることにより、載置台１１０と上部アーム１２０との間の空間Ｓは、密閉されることになる。また、減圧される領域の体積は、非常に小さくなる。

なお、減圧機構１４０Ａの排出手段１４４Ａは、ケーシング部１３６Ａに配置される排気口からなる。排気口１４４Ａは、減圧配管系１４２Ａに連通しており、下方積層体４０Ａの貼り合せ面４２と上方積層体４０Ｂの貼り合せ面４２との間に形成される空間の側面から、空間内部に存在する気体が排出されるように位置決めされる。これにより、気泡を効率よく排除することができる。

また、排気口１４４Ａは、図２２に示されるように、気泡を効率よく排除する観点から、上部アーム１２０の基部１２８の外周の４辺上に配置される。

以上のように、変形例１においては、単一の気密シール１３５Ａと上部アーム１２０に配置されるケーシング部１３６Ａとによって、密閉手段１３０Ａが構成されるため、装置構造が簡略化される。また、減圧される領域の体積は、非常に小さくなるため、真空度の向上および減圧時間の短縮化を図ることできる。

図２３および図２４は、本発明の実施の形態に係る変形例２および変形例３を説明するための平面図である。

ケーシング部１３６Ａに配置される排気口１４４Ａは、上部アーム１２０の基部１２８の外周の４辺上に配置される形態に限定されず、例えば、図２３に示される変形例２のように、対角上に配置したり、図２４に示される変形例３のように、対辺上に配置したりすることも可能である。なお、効果は、図２４に示される対辺上、図２３に示される対角上、図２２に示される４辺上の順に向上する。

図２５および図２６は、本発明の実施の形態に係る変形例４および変形例５を説明するための断面図である。

減圧機構１４０Ａの排出手段１４４Ａは、ケーシング部１３６Ａに配置される排気口から構成する形態に限定されない。例えば、図２５に示される変形例４のように、上部アーム１２０の基部１２８に配置される排気口によって構成し、密閉空間内部に存在する気体を上方に排出したり、図２６に示される変形例５のように、載置台１１０の基部１２８に配置される排気口によって構成し、密閉空間内部に存在する気体を下方に排出したりすることも可能である。

図２７は、本発明の実施の形態に係る変形例６を説明するための断面図である。

変形例６は、ケーシング部および単一のシール材が配置される部材に関し、変形例１と概して異なっており、図２７に示されるように、密閉手段１３０Ｂは、ケーシング部１３６Ｂおよび単一の気密シール１３５Ｂを有する。

ケーシング部１３６Ｂは、載置台１１０の基部１２８の外周（載置台１１０により保持される下方積層体４０Ａの外周）を取り囲むように配置され、上部アーム１２０に向かって突出している。気密シール１３５Ｂは、ケーシング部１３６Ｂの内面と接触自在に、上部アーム１２０の基部１２８の外周に配置される。

したがって、上部アーム１２０を載置台１１０に向かって降下させ、上部アーム１２０の基部１２８の外周が、気密シール１３５Ｂを介してケーシング部１３６Ｂの内面によって覆われるように位置決めすることにより、載置台１１０と上部アーム１２０との間の空間は、変形例１の場合と同様に密閉されることになる。

以上のように、本実施の形態に係る双極型二次電池の製造方法および製造装置においては、下方積層体および上方積層体の保持部位は、外周ではなく、貼り合せ面の背面であり、かつ、下方積層体を保持している載置台と、上方積層体を保持している上部アームと、の間に形成される空間は、減圧されているため、下方積層体と上方積層体とを貼り合せて積層する際、積層体同士を面接触させ、気泡の混入を抑制することが可能である。これにより、気泡の混入によるデッドスペースおよび皺の発生が削減されるため、出力の低下を避けることができる。つまり、気泡の混入を抑制し得る双極型二次電池の製造方法および製造装置を、提供することができる。なお、減圧される空間は、載置台と上部アームとの間に形成される小さな空間であるため、真空度の向上および減圧時間の短縮化を図ることが可能である。

載置台および上部アームによって保持される下方積層体および上方積層体の貼り合せ面は、平面からなる当接面によってその背面が支持され、平面を維持した状態で貼り合せて積層されるため、皺が発生し難くかつ気泡を確実に排除することが可能である。

貼り合せて積層した後において減圧を維持した状態で、上方積層体および下方積層体を加圧することにより、気泡が混入することが抑制されるため、残留気泡をさらに減少させことが可能である。

また、本実施の形態に係る双極型二次電池の製造方法においては、積層工程において、下方積層体と上方積層体とを貼り合して積層する直前において、密閉空間を減圧している。したがって、下方積層体の貼り合せ面と上方積層体の貼り合せ面との間の離間距離は、非常に小さいため、減圧される密閉空間を最小限とすることが可能であり、また、下方積層体および上方積層体の背面を保持するための負圧が、密閉空間の真空度に比較して弱くて、保持力がなくなる場合であっても、下方積層体と上方積層体とを貼り合して積層することが可能である。

また、本実施の形態に係る双極型二次電池の製造装置においては、密閉空間の側面に排気口が配置されており、密閉空間内部に存在する気体が、密閉空間の側面から排出されて、減圧されるため、気泡を効率よく排除することができる。

さらに、本実施の形態に係る双極型二次電池の製造装置においては、密閉手段を単一の気密シールと、上部アームあるいは載置台に配置されるケーシング部とによって構成する場合、装置構造が簡略化することが可能である。また、これにより、減圧される領域の体積は、非常に小さくなるため、真空度の向上および減圧時間の短縮化を図ることできる。

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、特許請求の範囲で種々改変することができる。

例えば、電解質は、ゲルポリマー系に限定されない。また、載置台は、下方に位置し、下方積層体を自重によって保持することが可能であるため、必要に応じて、負圧保持機構を省略することも可能である。

１０ 双極型二次電池、
１１，１２ 端子プレート、
１４ 外装ケース、
１６ 電池本体部（積層体）、
２０ 双極型電極、
２１ 集電体、
２２ 負極、
２２Ａ 負極スラリー、
２３ 正極、
２３Ａ 正極スラリー、
２４ 第１シール材、
２５ 第１シール部、
２６ 第２シール材、
２７ 第２シール部、
３０ 電解質層、
３１ セパレータ、
４０ サブアッシーユニット（積層体）、
４０Ａ 下方積層体（第１積層体）、
４０Ｂ 上方積層体（第２積層体）、
４２ 貼り合せ面、
４４ 背面、
５０ 組電池、
５２，５４ 導電バー、
６０ 組電池モジュール、
７０ 車両、
１００ 製造装置、
１１０ 載置台（第１保持手段）、
１１１ 負圧保持機構、
１１２ 吸着パッド（支持部）、
１１４ 当接面、
１１６ 負圧導入部、
１１８ 基部、
１２０ 上部アーム（第２保持手段）、
１２１ 負圧保持機構、
１２２ 吸着パッド（支持部）、
１２４ 当接面、
１２６ 負圧導入部、
１２８ 基部、
１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ 密閉手段、
１３２ 上部気密シール、
１３４ 下部気密シール、
１３５Ａ，１３５Ｂ 気密シール、
１３６，１３６Ａ，１３６Ｂ ケーシング部、
１４０，１４０Ａ 減圧機構、
１４２，１４２Ａ 減圧配管系、
１４４，１４４Ａ 排気口（排出手段）、
１５０ 加圧手段、
Ｌ 積層方向、
Ｓ 密閉空間。

Claims (9)

1. 双極型電極とセパレータとが積層された積層体を貼り合せて、複数積層することにより双極型二次電池を製造するための製造方法であって、
   第１積層体の貼り合せ面の背面を、第１保持手段によって保持する一方、前記第１積層体に相対する第２積層体の貼り合せ面の背面を、前記第１保持手段に対して近接離間自在に配置される第２保持手段によって保持する保持工程と、
   前記第１保持手段により保持される前記第１積層体と、前記第２保持手段により保持される前記第２積層体と、を貼り合して積層する積層工程と、を有し、
   前記第１保持手段および前記第２保持手段の少なくとも一方は、負圧によって前記貼り合せ面の背面を保持しており、
   前記積層工程は、
   前記第１積層体を保持している前記第１保持手段と、前記第２積層体を保持している前記第２保持手段と、の間に位置する空間を、ケーシング部によって取り囲み、前記第１保持手段および前記第２保持手段の少なくとも一方と、前記ケーシング部との間にシール材を配置することによって、前記空間を密閉する密閉工程と、
   密閉された前記空間を減圧し、前記第１積層体と前記第２積層体とを貼り合して積層する減圧工程と、を有する
   ことを特徴とする製造方法。
2. 前記ケーシング部は、前記第１保持手段および前記第２保持手段の一方の外周を取り囲むように配置され、かつ、前記第１保持手段および前記第２保持手段の他方に向かって突出しており、
   前記シール材は、前記ケーシング部の内面と、前記他方の外周との間に配置されており、
   前記密閉工程において、前記空間は、前記ケーシング部を、前記シール材を介して前記他方を覆うように位置決めすることにより、密閉されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記積層工程の後において、前記空間が減圧された状態で、前記第１積層体および前記第２積層体を、前記貼り合せ面に対して直交する積層方向に加圧する加圧工程を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の製造方法。
4. 前記保持工程において、前記貼り合せ面の背面は、前記第１保持手段および前記第２保持手段の支持部における平面からなる当接面によって支持されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
5. 双極型電極とセパレータとが積層された積層体を貼り合せて、複数積層することにより双極型二次電池を製造するための製造装置であって、
   第１積層体の貼り合せ面の背面を保持する第１保持手段と、
   前記第１保持手段に対して近接離間自在に配置され、前記第１積層体に相対する第２積層体の貼り合せ面の背面を保持する第２保持手段と、
   前記第１積層体を保持している前記第１保持手段と、前記第２積層体を保持している前記第２保持手段と、の間に位置する空間を密閉するための密閉手段と、
   前記密閉手段によって密閉された前記空間を減圧するための減圧機構と、
   を有し、
   前記密閉手段は、
   前記空間を取り囲むように配置されるケーシング部と、
   前記第１保持手段および前記第２保持手段の少なくとも一方と、前記ケーシング部との間に配置され、前記空間を密閉するためのシール材と、を有し、
   前記第１保持手段および前記第２保持手段の少なくとも一方は、負圧によって前記貼り合せ面の背面を保持する負圧保持機構を有し、
   前記第１積層体と前記第２積層体とは、前記減圧機構によって前記空間が減圧されると、貼り合されて積層される
   ことを特徴とする製造装置。
6. 前記ケーシング部は、前記第１保持手段および前記第２保持手段の一方の外周を取り囲むように配置され、かつ、前記第１保持手段および前記第２保持手段の他方に向かって突出しており、
   前記シール材は、前記ケーシング部の内面と、前記他方の外周との間に配置されており、
   前記空間は、前記ケーシング部を、前記シール材を介して前記他方を覆うように位置決めすることにより、密閉される
   ことを特徴とする請求項５に記載の製造装置。
7. 前記減圧機構は、前記空間の内部に存在する気体を排出するための排出手段を有し、
   前記排出手段は、前記貼り合せ面に対して直交する積層方向に延長する前記空間の側面に、配置されている
   ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の製造装置。
8. 前記第１積層体と前記第２積層体とを貼り合せて積層した後において、前記減圧機構によって前記空間が減圧された状態で、前記第１積層体および前記第２積層体を、前記貼り合せ面に対して直交する積層方向に加圧するための加圧手段を有する
   ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の製造装置。
9. 前記第１保持手段および前記第２保持手段は、前記第１積層体および前記第２積層体の貼り合せ面の背面と当接する支持部を有し、
   前記支持部は、平面からなる当接面を有することを特徴とする請求項８に記載の製造装置。

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