JP5375263B2 - 電池の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池の製造方法および製造装置に関する。

双極型二次電池や非双極型（積層型）二次電池は、電極とセパレータとが積層された積層体を重ね合せて、複数積層することにより製造されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１１−２０４１３６号公報

しかし、電極とセパレータとが積層された積層体を重ね合せて積層する際において、電極とセパレータとの間に、気泡が混入する可能性がある。混入した気泡は、デッドスペースを発生させたり、セパレータに皺が発生させたりする。そのため、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、電極とセパレータとが積層された積層体を重ね合せて、複数積層することにより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積層体の重ね合せ面の背面を、第１保持手段によって保持しながら、前記第１積層体を、第２積層体の重ね合せ面の背面を保持する第２保持手段に対して近接させ、前記第１積層体を、前記第２積層体に重ね合せて積層する積層工程を有する。また、前記第１積層体の背面には、通気性を有するセパレータが位置しており、少なくとも前記第１積層体が前記第２積層体に重ね合されて積層されるまで、前記第１保持手段によって、前記セパレータが負圧保持される。なお、前記第１積層体および前記第２積層体の背面は、前記第１保持手段および前記第２保持手段における平面からなる当接面によって支持される。

上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、電極とセパレータとが積層された積層体を重ね合せて、複数積層することにより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積層体の重ね合せ面の背面を負圧保持自在の第１保持手段と、第２積層体の重ね合せ面の背面を保持する第２保持手段と、前記第１積層体の背面を負圧保持する前記第１保持手段を、前記第２積層体の背面を保持する前記第２保持手段に対して近接させ、前記第１積層体を、前記第２積層体に重ね合せて積層するための駆動手段と、を有する。また、前記第１積層体の背面には、通気性を有するセパレータが位置しており、前記第１保持手段は、少なくとも前記第１積層体が前記第２積層体に重ね合されて積層されるまで、前記セパレータを負圧保持する。なお、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積層体の重ね合せ面の背面と当接する平面からなる当接面を有する。

本発明の一様相に係る電池の製造方法および別の一様相に係る電池の製造方法によれば、第１積層体の重ね合せ面の背面に位置するセパレータは、通気性を有し、かつ、負圧によって保持されており、第１積層体を第２積層体に重ね合せて積層するまで、セパレータを介して気泡が排出されるため、気泡の残留を抑制することが可能である。また、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、重ね合せ面の背面であるため、積層体同士を面接触させ、重ね合せ面における気泡の残留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、電池（発電要素）出力の低下を避けることができる。また、第１積層体および第２積層体の重ね合せ面は、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重ね合されて積層されるため、吸着時のズレなどによる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。したがって、気泡の混入を抑制し得る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電池を説明するための断面図である。 図１に示される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に示されるアッシー工程に適用される製造装置を説明するための概略図である。 図５に示されるサブアッシーユニット形成工程を説明するための断面図である。 図５に示される搬送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を説明するための断面図である。 サブアッシーユニット形成工程〜積層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変形例１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２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３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４を説明するための工程図である。 本発明の実施の形態に係る変形例４を説明するための概略図である。 本発明の実施の形態に係る電池の微小短絡試験結果を説明するための図表である。

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電池を説明するための斜視図および断面図である。

本実施の形態に係る電池１０は、双極型の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、気泡の混入が抑制されており、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非水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、通気性を有する。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が、特に限定されず、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）を適用することが可能であり、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に示される電池を利用する組電池を説明するための斜視図である。

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、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、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電池の製造方法は、電極ユニットを形成するための電極ユニット形成工程と、電極ユニット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）を形成し、当該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、気泡の混入を抑制している。

電極ユニット形成工程は、電極形成工程、電解質配置工程および第１シール材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形成工程（第１積層体形成工程）、搬送工程、第２シール材配置工程、積層工程、加熱プレス工程、ゲル界面形成工程および初充電工程に分割される。

次に、電極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。

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。これにより、電極ユニット３５が形成される。なお、第１シール材２４の厚みＨ_２は、正極（電極）２３の厚みＨ_１よりも大きくなるように設定される。

図１１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概略図である。

製造装置１００は、電極ユニット３５とセパレータ３１とが積層されたサブアッシーユニット（積層体）４０を形成し、当該サブアッシーユニット４０を複数積層した双極型二次電池（電池本体部）を製造するために使用され、載置台（第２保持手段）１１０、上部アーム（第１保持手段）１２０および駆動機構（駆動手段）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２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１積層体）４０Ｂで参照する。なお、積層の初回においては、上部アーム１２０によって保持される上方積層体４０Ｂは、載置台１１０にそのまま配置され、下方積層体４０Ａとなる。

載置台１１０は、下方積層体４０Ａの重ね合せ面４２の背面４４を、保持するために使用され、平面からなる当接面１１４を有する。

上部アーム１２０は、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。

上方積層体４０Ｂの背面４４には、通気性を有するセパレータ３１が位置している。また、上部アーム１２０は、少なくとも上方積層体４０Ｂが下方積層体４０Ａに重ね合されて積層されるまで、セパレータ３１を負圧保持するように設定されている。

駆動機構１５０は、上部アーム１２０を、載置台１１０に対して近接させ、上方積層体４０Ｂを、下方積層体４０Ａに重ね合せて積層するために使用され、例えば、多関節（多軸）式ロボットアームからなる。

また、製造装置１００は、電極ユニット３５とセパレータ３１とを重ね合せて、積層することにより上方積層体４０Ｂを形成する手段（第１積層体形成手段）を、さらに有する。当該手段は、本実施の形態において、上部アーム１２０および駆動機構１５０によって兼用されている。つまり、上部アーム１２０は、セパレータ３１の重ね合せ面の背面を負圧保持し、駆動機構１５０は、上部アーム１２０を、電極ユニット３５に対して近接させ、セパレータ３１を、電極ユニット３５に重ね合せて積層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、上方積層体４０Ｂの重ね合せ面４２の背面４４に位置するセパレータ３１は、通気性を有し、かつ、負圧によって保持されており、上方積層体４０Ｂを下方積層体４０Ａに重ね合せて積層するまで、セパレータ３１を介して気泡が排出されるため、気泡の残留を抑制することが可能である。また、上方積層体４０Ｂおよび下方積層体４０Ａの保持部位は、外周ではなく、重ね合せ面４２の背面４４であるため、積層体同士を面接触させ、重ね合せ面における気泡の残留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、電池（発電要素）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電池を、提供す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の重ね合せ面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重ね合されて積層されるため、吸着時のズレなどによる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。

また、上方積層体４０Ｂを形成する際において、セパレータ３１を介して気泡が排出されるため、気泡の残留を抑制することが可能である。つまり、気泡の混入が抑制された上方積層体４０Ｂを形成することができる。

形成された上方積層体４０Ｂは、上部アーム１２０によって継続して負圧保持されながら、下方積層体４０Ａに重ね合されて積層されるため、移動（搬送）中における気泡の混入が抑制される。また、上部アーム１２０の当接面１２４は、正極２３に塗布されているゲル電解質と接触しないため、搬送時のハンドリングも容易である。

なお、電極ユニット３５とセパレータ３１とを重ね合せて、積層することにより上方積層体４０Ｂを形成する装置を、独立して配置することも可能である。

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１２は、図５に示されるサブアッシーユニット形成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形成工程においては、電極ユニット３５を、載置台１１０の平面からなる当接面１１４に配置する一方、通気性を有するセパレータ３１の背面を、平面からなる当接面１２４を介して上部アーム１２０によって負圧保持する。そして、駆動機構１５０によって上部アーム１２０を制御し、上部アーム１２０を、電極ユニット３５に対して近接させ、セパレータ３１を、電極ユニット３５に重ね合せて積層する。これにより、セパレータ３１が、正極２３（電解質）および第１シール材２４に重ねられ、上方積層体４０Ｂが形成される。セパレータ３１の厚みは、例えば、１２μｍである。

この際、電極ユニット３５に重ね合されて積層されるセパレータ３１は、通気性を有し、かつ、負圧によって保持されており、上方積層体４０Ｂを形成する際において、セパレータ３１を介して気泡が排出されるため、気泡の残留を抑制することが可能である。これにより、気泡の混入が抑制された上方積層体４０Ｂを形成することができる。

第１シール材２４の厚みＨ₂は、重ね合せ面に対して直交する積層方向に関し、正極２３の厚みＨ₁よりも大きくなるように設定されており（図１０参照）、第１シール材２４が正極２３より突出している。そのため、セパレータ３１を電極ユニット３５に重ね合せて積層する際、第１シール材２４がセパレータ３１に接触した後で、気泡（気体）が外に抜けようとする。

この際、第１シール材２４は、外方向に伸展させられる結果、第１シール材２４の分布は、均一となり、良好かつ安定したシール性能を確保することが可能である。例えば、第１シール材２４が集電体２１のエッジ部まで満遍なく広がることで、集電体エッジでの短絡が低減され、初期不良率を改善できる。また、第１シール材２４の伸展は、外方向（面方向で外側）であり、内側の位置する硬化前の電解質と接触することが防止されるため、電解質と反応して第１シール材２４が硬化しなくなる現象を避けることで、シール不良が低減される。

セパレータ３１および電極ユニット３５の背面は、上部アーム１２０および載置台１１０における平面からなる当接面１１４，１２４によって支持されている。そのため、セパレータ３１および電極ユニット３５の重ね合せ面は、平面を維持した状態で重ね合されて積層されるため、吸着時のズレなどによる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１３は、図５に示される搬送工程を説明するための断面図である。

搬送工程においては、駆動機構１５０によって上部アーム１２０を制御し、形成された上方積層体４０Ｂを、載置台１１０の平面からなる当接面１１４に配置されている下方積層体４０Ａに相対するように位置決めする。この際、上方積層体４０Ｂの背面４４に位置するセパレータ３１は、上部アーム１２０によって継続して負圧保持される。したがって、移動（搬送）中における気泡の混入が抑制される。また、上部アーム１２０の当接面１２４は、正極２３に塗布されているゲル電解質と接触しないため、搬送時のハンドリングも容易である。

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の重ね合せ面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。

なお、第２シール材配置工程は、積層工程の前であれば、搬送工程と積層工程との間に配置することに特に限定されない。

図１５は、図５に示される積層工程を説明するための断面図である。

積層工程においては、上方積層体４０Ｂの背面４４を、上部アーム１２０によって負圧保持しながら、上方積層体４０Ｂを、下方積層体４０Ａの背面４４を保持する載置台１１０に対して近接させ、上方積層体４０Ｂを、下方積層体４０Ａに重ね合せて積層する。この際、上方積層体４０Ｂの背面４４には、通気性を有するセパレータ３１が位置しており、少なくとも上方積層体４０Ｂが下方積層体４０Ａに重ね合されて積層されるまで、上方積層体４０Ｂによって、セパレータ３１が負圧保持される。

これにより、上方積層体４０Ｂを下方積層体４０Ａに重ね合せて積層するまで、セパレータ３１を介して気泡が排出されるため、気泡の残留を抑制することが可能である。また、上方積層体４０Ｂおよび下方積層体４０Ａの保持部位は、外周ではなく、重ね合せ面４２の背面４４であるため、積層体同士を面接触させ、重ね合せ面における気泡の残留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、電池（発電要素）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電池を、提供す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の重ね合せ面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重ね合されて積層されるため、吸着時のズレなどによる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。なお、積層の初回においては、上部アーム１２０によって保持される上方積層体４０Ｂは、載置台１１０にそのまま配置され、下方積層体４０Ａとなる。

図１６は、サブアッシーユニット形成工程〜積層工程の繰り返しを説明するための断面図である。

積層工程が完了すると、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、重ね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形成工程〜積層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形成工程〜積層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。

加熱プレス工程においては、例えば、熱プレス機によって、所定のサブアッシーユニットを有する下方積層体４０Ａが、加熱された状態でプレスされる。加圧力は、例えば、０．９８×１０^５Ｐａである。加熱条件は、例えば、８０℃で１時間である。これにより、下方積層体４０Ａに含まれる第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）に調整し、かつ、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。

なお、加熱プレス工程を、第１および第２シール材２４，２６の厚みを調整するプレス工程と、第１および第２シール材２４，２６を熱硬化する加熱工程とに分割することも可能である。この場合、製造装置１００の上部アーム１２０によって下方積層体４０Ａをプレス（押圧）するように構成する場合、積層工程とプレス工程とを連続的に実施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。

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、電池１０（図１参照）が製造される。

図１７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である。

セパレータのサイズは、集電体のサイズより大きい形態に限定されない。例えば、図１７に示されるように、セパレータ３１Ａのサイズを、集電体２１のサイズより小さくすることも可能であり、この場合、シール材２４Ａは、下方積層体４０Ａの集電体２１に配置される。

シール材２４Ａの厚みは、セパレータ３１Ａ、負極２２および正極２３および集電体２１の合計厚みより大きくなるように設定することが好ましい。これにより、積層工程において、上方積層体４０Ｂを下方積層体４０Ａに重ね合せて積層する際、下方積層体４０Ａのシール材２４Ａが、上方積層体４０Ｂの集電体２１に接触した後で、気泡（気体）が外に抜けようとする。この際、シール材２４Ａは、外方向に伸展させられる結果、シール材２４Ａの分布は、均一となり、良好かつ安定したシール性能を確保することが可能である。

図１８は、本発明の実施の形態に係る変形例２を説明するための断面図である。

載置台は、サブアッシーユニット形成工程および積層工程において、電極ユニット３５および下方積層体４０Ａを自重によって保持する形態に限定されない。例えば、図１８に示される載置台１１０Ａのように、負圧保持機構１１１と負圧保持機構１１１が配置される基部１１８とを設けることが可能である。なお、負圧保持機構１１１は、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。

これにより、サブアッシーユニット形成工程においては、電極ユニット３５が載置台１１０Ａによって負圧保持することが可能である。したがって、セパレータ３１を電極ユニット３５に重ね合せて積層する際、電極ユニット３５のズレが抑制されるため、積層精度が向上する。また、電極ユニット３５の背面が負圧保持されるため、電極ユニット３５の重ね合せ面の平滑性が向上する。

一方、積層工程においては、下方積層体４０Ａが載置台１１０Ａによって負圧保持することが可能である。したがって、上方積層体４０Ｂを下方積層体４０Ａに重ね合せて積層する際、下方積層体４０Ａのズレが抑制されるため、積層精度が向上する。また、下方積層体４０Ａの背面が負圧保持されるため、下方積層体４０Ａの重ね合せ面の平滑性が向上する。

図１９は、本発明の実施の形態に係る変形例３を説明するための断面図である。

積層工程は、大気圧（常圧）下で実施する形態に限定されない。例えば、図１９に示されるように、製造装置１００に密閉手段１３０および減圧機構１４０を設けることで、積層工程を減圧下で実施することが可能である。なお、密閉手段１３０は、下方積層体４０Ａを保持している載置台１１０Ａ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１１０Ａ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１１０Ａおよび上部アーム１２０が、スライド自在に構成されている。

このため、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１１０Ａの基部１１８の外周との間に位置する場合、載置台１１０Ａ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１１０Ａ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。

したがって、積層工程において、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との間の空間は、密閉される。

そして、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とを重ね合せ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、密閉空間を減圧する。

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の重ね合せ面４２と、載置台１１０によって保持される下方積層体４０Ａの重ね合せ面４２と、を当接させて、上方積層体４０Ｂと下方積層体４０Ａとを重ね合せて積層する。

変形例３に係る積層工程においては、上記のように、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、減圧下で、重ね合せて積層することが可能であり、下方積層体４０Ａと上方積層体４０Ｂとの重ね合せ面における気泡の混入を抑制することができる。

図２０、図２１および図２２は、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、工程図および概略図である。

一般に、双極型二次電池では、上述のようにシール部２５を配置することで、集電体を介して隣接する単電池層の電解質が、集電体を超えて移動して電気的に接続されることを抑制し、液絡が生じて電池機能が停止することを避けている。しかし、シール部２５を構成することとなる第１シール材２４は、セパレータを積層する際にセパレータと接触するため、電極表面とセパレータ間に残留した気泡を、排出することが困難である。一方、本実施の形態においては、セパレータを介して気泡が排出されるため、シール部２５（第１シール材２４）が存在する場合であっても、電極表面とセパレータ間に残留する気泡を抑制することが可能である。つまり、本実施の形態は、集電体の周囲を延長するように配置されるシール部（シール材）を有する形態の双極型二次電池に、特に有効である。

しかし、本実施の形態は、図２０に示されるような非双極型（積層型）の二次電池１０Ａに適用することも可能である。

電池１０Ａの電池本体部１６は、第１および第２シール部２５，２７を有しておらず、電解質層３０を介して負極２２と正極２３とが対向するように、負極２２を有する非双極型電極、電解質層３０、正極２３を有する非双極型電極の順に、積層されて形成される。なお、負極２２を有する非双極型電極は、負極２２が両面に形成される負極集電体２１Ａを有する。正極２３を有する非双極型電極は、正極２３が両面に形成される正極集電体２１Ｂを有する。

負極集電体２１Ａおよび正極集電体２１Ｂは、高導電性部材からなる負極集電板１７および正極集電板１８に接続されている。負極集電板１７および正極集電板１８は、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。

変形例４に係る製造方法は、図２１に示されるように、電極形成工程および電解質配置工程に分割される電極ユニット形成工程と、サブアッシーユニット形成工程、搬送工程、積層工程、ゲル界面形成工程および初充電工程に分割されるアッシー工程と、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、加熱プレス工程〜組立工程は、既述の本実施の形態と略一致するため、その説明を省略する。

電極形成工程においては、正極集電体２１Ｂの両面に、正極スラリーが、塗布される。正極集電体２１Ｂは、例えば、厚さ２０μｍのアルミニウム箔である。また、負極集電体２１Ａの両面に、負極スラリーが、塗布される。負極集電体２１Ａは、例えば、厚さ２０μｍの銅箔である。

電解質配置工程においては、正極集電体２１Ｂの両面に、電解質（不図示）が、塗布され、正極電極ユニット（非双極型電極）が形成される。電解質の塗布部位は、正極２３の電極部である。また、負極集電体２１Ａの両面に、電解質（不図示）が、塗布され、負極電極ユニット（非双極型電極）が形成される。電解質の塗布部位は、負極２２の電極部である。

サブアッシーユニット形成工程においては、図２１に示されるように、電極ユニット３５Ａを、載置台１１０の平面からなる当接面１１４に配置する一方、通気性を有するセパレータ３１の背面を、平面からなる当接面１２４を介して上部アーム１２０によって負圧保持する。そして、駆動機構１５０によって上部アーム１２０を制御し、上部アーム１２０を、電極ユニット３５に対して近接させ、セパレータ３１を、電極ユニット３５に重ね合せて積層する。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、上方積層体４０Ｂが形成される。セパレータ３１の厚みは、例えば、１２μｍである。なお、電極ユニット３５Ａとして、正極電極ユニットと負極電極ユニットとが交互に適用される。

搬送工程においては、駆動機構１５０によって上部アーム１２０を制御し、形成された上方積層体４０Ｂを、載置台１１０の平面からなる当接面１１４に配置されている下方積層体４０Ａに相対するように位置決めする。

積層工程においては、上方積層体４０Ｂの背面４４を、上部アーム１２０によって負圧保持しながら、上方積層体４０Ｂを、下方積層体４０Ａの背面４４を保持する載置台１１０に対して近接させ、上方積層体４０Ｂを、下方積層体４０Ａに重ね合せて積層する。

図２３は、本発明の実施の形態に係る電池の微小短絡試験結果を説明するための図表である。

微小短絡試験においては、初回充電を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時間充電を行った後、１時間経過後の電圧を測定した。完成時の外観不良、初期充電できないもの、電圧の高いものを初期不良として、１００個あたりの歩留まり（％）を算出した。

実施例１は、変形例４に関し、非双極型電極を１２枚重ねることで単電池が１２積層されている。実施例２は、第１および第２シール材を有しておらず、双極型二次電極を１３枚重ねることで単電池が１２積層されている。実施例３は、５０μｍ厚の第１および第２シール材が配置されている点を除き、実施例２と一致している。比較例は、セパレータを負圧保持せず、手で積層して、形成されている。なお、実施例１における電極面、集電体およびセパレータのサイズ（ｍｍ）は、１６０×１２８、１６０×１３３および１７０×１４０である。実施例２，３および比較例における電極面、集電体およびセパレータのサイズ（ｍｍ）は、１４０×１１０、１６０×１３０および１７０×１４０である。

図２３に示されるように、比較例の歩留まりが９４％に対し、実施例１〜３の歩留まりは、９７〜９９％であり、良好な結果を示した。

以上のように、本実施の形態に係る電池の製造方法および製造装置においては、上方積層体を下方積層体に重ね合せて積層するまで、セパレータを介して気泡が排出されるため、気泡の残留を抑制することが可能である。また、上方積層体および下方積層体の保持部位は、外周ではなく、重ね合せ面の背面であるため、積層体同士を面接触させ、重ね合せ面における気泡の残留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、電池（発電要素）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電池を、提供することが可能である。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電池の製造方法および製造装置を、提供す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重ね合せ面は、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重ね合されて積層されるため、吸着時のズレなどによる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。

上方積層体を形成する際において、セパレータを介して気泡が排出されるため、気泡の残留を抑制することが可能である。つまり、気泡の混入が抑制された上方積層体を形成することができる。また、形成された上方積層体は、上部アームによって継続して負圧保持されながら、下方積層体に重ね合されて積層されるため、移動（搬送）中における気泡の混入が抑制される。また、上部アームの当接面は、正極に塗布されているゲル電解質と接触しないため、搬送時のハンドリングも容易である。

第１シール材の厚みは、重ね合せ面に対して直交する積層方向に関し、正極の厚みよりも大きくなるように設定されており、第１シール材が正極より突出している。そのため、セパレータを電極ユニットに重ね合せて積層する際、第１シール材がセパレータに接触した後で、気泡（気体）が外に抜けようとする。この際、第１シール材は、外方向に伸展させられる結果、第１シール材の分布は、均一となり、良好かつ安定したシール性能を確保することが可能である。

なお、載置台は、負圧保持機構を設けることが好ましい。この場合、サブアッシーユニット形成工程および積層工程においては、電極ユニットおよび下方積層体のズレが抑制されるため、積層精度が向上する。また、電極ユニットおよび下方積層体の背面が負圧保持されるため、電極ユニットおよび下方積層体の重ね合せ面の平滑性が向上する。

また、積層工程においては、上部アームにより保持される上方積層体と、載置台により保持される下方積層体とを、減圧下で、重ね合せて積層することが好ましい。この場合、下方積層体と上方積層体との重ね合せ面における気泡の混入を抑制することができる。

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、第１および第２シール材は、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シール部を形成することとなる。

１０ 双極型二次電池、
１０Ａ 非双極型（積層型）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）、
１７ 負極集電板
１８ 正極集電板
２０ 双極型電極、
２１ 集電体、
２１Ａ 負極集電体、
２１Ｂ 正極集電体、
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、
２４Ａ 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、
３１，３１Ａ セパレータ、
３５，３５Ａ 電極ユニット、
４０ サブアッシーユニット（積層体）、
４０Ａ 下方積層体（第２積層体）、
４０Ｂ 上方積層体（第１積層体）、
４２ 重ね合せ面、
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、
１１０，１１０Ａ 載置台（第２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１保持手段）、
１２１ 負圧保持機構、
１２２ 吸着パッド、
１２４ 当接面、
１２６ 負圧導入部、
１２８ 基部、
１３０ 密閉手段、
１３２ 上部気密シール、
１３４ 下部気密シール、
１３６ ケーシング部、
１４０ 減圧機構、
１４２ 減圧配管系、
１４４ 排気口（排出手段）、
１５０ 駆動機構（駆動手段）、
Ｈ₁，Ｈ₂ 厚み。

Claims (5)

1. 電極とセパレータとが積層された積層体を重ね合せて、複数積層することにより電池を製造するための製造方法であって、
   第１積層体の重ね合せ面の背面を、第１保持手段によって保持しながら、前記第１積層体を、第２積層体の重ね合せ面の背面を保持する第２保持手段に対して近接させ、前記第１積層体を、前記第２積層体に重ね合せて積層する積層工程を有し、
   前記第１積層体の背面には、通気性を有するセパレータが位置しており、少なくとも前記第１積層体が前記第２積層体に重ね合されて積層されるまで、前記第１保持手段によって、前記セパレータが負圧保持され、
   前記第１積層体および前記第２積層体の背面は、前記第１保持手段および前記第２保持手段における平面からなる当接面によって支持される
   ことを特徴とする製造方法。
2. 前記積層工程の前において、前記電極と前記セパレータとを重ね合せて、積層することにより前記第１積層体を形成する第１積層体形成工程を、さらに有し、
   前記第１積層体形成において、前記セパレータの重ね合せ面の背面を、前記第１保持手段によって負圧保持しながら、前記セパレータを、前記電極に重ね合せて積層する
   ことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記電極は、集電体の一方の面に配置されており、
   前記第１積層体形成工程の前において、前記集電体の一方の面における前記電極の周囲に、シール材を配置するシール材配置工程を、さらに有し、
   前記シール材の厚みは、前記重ね合せ面に対して直交する積層方向に関し、前記電極の厚みよりも大きい
   ことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
4. 電極とセパレータとが積層された積層体を重ね合せて、複数積層することにより電池を製造するための製造装置であって、
   第１積層体の重ね合せ面の背面を負圧保持自在の第１保持手段と、
   第２積層体の重ね合せ面の背面を保持する第２保持手段と、
   前記第１積層体の背面を負圧保持する前記第１保持手段を、前記第２積層体の背面を保持する前記第２保持手段に対して近接させ、前記第１積層体を、前記第２積層体に重ね合せて積層するための駆動手段と、を有し、
   前記第１積層体の背面には、通気性を有するセパレータが位置しており、
   前記第１保持手段は、少なくとも前記第１積層体が前記第２積層体に重ね合されて積層されるまで、前記セパレータを負圧保持し、
   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積層体の重ね合せ面の背面と当接する平面からなる当接面を有する
   ことを特徴とする製造装置。
5. 前記電極と前記セパレータとを重ね合せて、積層することにより前記第１積層体を形成する第１積層体形成手段を、さらに有し、
   前記第１積層体形成手段は、前記第１保持手段と前記駆動手段とからなり、
   前記第１保持手段は、前記セパレータの重ね合せ面の背面を負圧保持し、
   前記駆動手段は、前記セパレータの背面を負圧保持する前記第１保持手段を、前記電極に対して近接させ、前記セパレータを、前記電極に重ね合せて積層する
   ことを特徴とする請求項４に記載の製造装置。

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