JP5593454B2 - バッテリセルの製造方法、及びその製造方法で製造されたバッテリセル - Google Patents

Description

本発明は、バッテリセルの製造方法に関するものであり、より具体的には、電極アセンブリと、樹脂層及び金属層を有する積層シートからなるバッテリケース内に供給された電解質と、を具備するバッテリセルを製造するための方法であって、（ａ）前記電極アセンブリが前記バッテリケース内に取り付けられた状態で、前記バッテリケースの周縁部を、前記バッテリケースの１つの端部分を除いて熱融着して密封する工程と、（ｂ）密封されていない前記端部分から前記電解質を注入した後、前記端部分を熱融着によって密封する工程と、（ｃ）前記バッテリセルを充放電して前記バッテリセルを活性化させる工程と、（ｄ）前記端部分の内側の非密封部分を穿刺して、前記バッテリケースの内側に連通する貫通孔を形成する工程と、（ｅ）真空圧をかけながら前記バッテリケースの頂面と底面とを前記非密封部分で互いに反対方向に引き寄せることで前記バッテリケースの頂面と底面とを開き、それにより、活性化中に発生するガス、並びに余分な電解質を除去する工程と、を含む方法に関する。

携帯機器の技術開発及び携帯機器の需要が増加するにつれて、エネルギー源としてのバッテリに対する需要も増加している。それ故、多くの要求を満足するバッテリに関する大規模な研究が行なわれてきた。

バッテリの形態の観点における代表的な例では、角形の二次バッテリ及びパウチ形の二次バッテリは、厚さが比較的に薄く、そのため、例えば（セル方式電話としても知られる）携帯電話などの物品に適用可能であり、これらの二次バッテリの需要は高い。バッテリの原料の観点からは、例えばリチウムイオンバッテリやリチウムイオンポリマーバッテリ等のリチウム二次バッテリは、例えば高いエネルギー密度、高い放電電圧、および高い出力安定性のうちの少なくとも１つの利点があり、リチウム二次バッテリは広く求められている。

あるいは、二次バッテリは、電極アセンブリのカソード／セパレータ／アノード構造の形式によって分類することもでき、代表的な例としては、カソードとアノードとの間にセパレータを介在させた状態でカソード及びアノードが巻かれた構成となっているジェリーロール型（巻き型）の電極アセンブリや、所定の単位寸法に切り分けられた複数のカソード及びアノードが、カソードとアノードとの間にセパレータを介在させながら、順次重ね合わせられているスタック型（積層型）の電極アセンブリや、所定の単位寸法のカソードとアノードとの間にセパレータを介在させながら、ｂｉセル（bi-cells）又はフルセル（full cells）が巻かれた構成となっているスタック折り畳み型の電極アセンブリなどを挙げることができる。

近年、スタック型又はスタック折り畳み型の電極アセンブリがアルミニウム積層シート内に取り付けられた構成となっているパウチ形バッテリに対して、低い製造コスト、軽量、容易な形状のバリエーションなどの理由で、大きな関心が集まっており、また、パウチ形バッテリの使用が徐々に増加している。

図１は、従来の典型的なパウチ形バッテリの一般的な構造を概略的に示した分解斜視図である。

図１を参照すると、パウチ形バッテリ１０は、電極アセンブリ３０と、電極アセンブリ３０から延在する電極タブ４０，５０と、電極タブ４０，５０に溶接された電極リード線６０，７０と、電極アセンブリ３０を受容するバッテリケース２０と、を有することができる。

電極アセンブリ３０は発電デバイスであり、この発電デバイスにおいて、カソード及びアノードがカソードとアノードとの間にセパレータを介在させながら順次に積層されており、そして、前記発電デバイスは、スタック型またはスタック折り畳み型の構造にすることができる。電極タブ４０，５０を電極アセンブリ３０の極性シートから延在させることができ、その上、複数の電極タブ４０，５０にそれぞれ、前記極性シートから延在する電極リード線６０，７０を例えば溶接によって電気的に接続させることができる。電極リード線６０，７０の各々は、その電気絶縁性を確保しつつバッテリケース２０に対する密封を向上させるために、それぞれの頂面又は底面の一部に貼り付けられた絶縁膜８０を有していてもよい。

バッテリケース２０は、電極アセンブリ３０を受容するためのスペースを提供することができ、形態としてはパウチ形である。図１に示すような積層型の電極アセンブリ３０では、複数のカソードタブ４０及びアノードタブ５０を電極リード線６０，７０と組み合わせるために、バッテリケース２０の内側の上端は、電極アセンブリ３０から離間されている。

前述のパウチ形バッテリを含む二次バッテリでは、バッテリセルの製造過程において、充放電によってバッテリの活性化が大抵行なわれるので、最終的なバッテリセルを製造するために、活性化中に発生するガスを除去するべきであり、この工程はガス抜き工程と呼ばれることができる。

しかしながら、上述したようなパウチ形バッテリを製造するための従来の過程では、いくつかの問題、つまり、密封された端部を切断してガスを抜くガス抜き工程においてガスを除去するのにかなりの時間を要し、ひいては製造コストが増大するという問題、および、ガス及び余分な電解質が完全に排出されず、ひいては熱融着による密封工程において少なからぬ不具合が生じるという問題を引き起こす。

したがって、上述した従来の問題を解決する技術がまだ大いに必要とされている。

韓国公開特許公報第２００１−００８２０５８号明細書 韓国公開特許公報第２００１−００８２０５９号明細書 韓国公開特許公報第２００１−００８２０６０号明細書

したがって、本発明は、上述した従来の問題を解決して、従来技術における技術的制約を解消することを対象としている。

より具体的には、本発明の目的は、品質及び生産性を向上させる、バッテリセルを製造するための方法であって、バッテリセルを充放電してバッテリセルを活性化させた後、端部分の内側の密封されていない部分を穿刺してバッテリケースの内側に連通する貫通孔を形成すること、及び、バッテリケースの頂面及び底面に真空圧をかけながらバッテリケースの頂面と底面とを非密封部分で引き寄せることでバッテリケースの頂面と底面とを開き、それにより、余分な電解質、並びに活性化中に発生するガスを完全に除去することを含む方法を提供することである。

本発明の別の目的は、上述したように、生産性及び品質を確保しつつ簡易な工程で製造されたバッテリセルを提供することである。

前述した目的を達成するために、電極アセンブリと、樹脂層及び金属層を有する積層シートからなるバッテリケース内に供給された電解質と、を具備するバッテリセルを製造するための本発明に係る方法は、（ａ）前記バッテリケース内に前記電極アセンブリを取り付け、前記バッテリケースの周縁部のうちの前記バッテリケースの１つの端部分を除いた他の部分を熱融着によって密封する工程と、（ｂ）密封されていない前記端部分から前記電解質を注入し、前記端部を熱融着によって密封する工程と、（ｃ）充放電を行う工程と、（ｄ）前記端部分の内側の非密封部分を穿刺して、前記バッテリケースの内側に連通する貫通孔を形成する工程と、（ｅ）真空圧をかけながら、前記バッテリケースの頂面と底面とを前記非密封部分で互いに反対方向に引き寄せることで前記バッテリケースの頂面と底面とを開き、それにより、余分な電解質、及び活性化工程で発生するガスを除去する工程と、を含む。

したがって、本発明に係るバッテリセルを製造するための方法は、端部分の内側の非密封部分を穿刺して、バッテリケースの内側に連通する貫通孔を形成する工程と、真空圧をかけながら、バッテリケースの頂面と底面とを互いに反対方向に引き寄せることでバッテリケースの頂面と底面とを開き、それにより、余分な電解質、及び活性化工程で発生するガスを、従来のいかなるバッテリセルを製造する方法と比べて容易且つ速やかに除去する工程とを含む。

ガス及び余分な電解質が真空下で完全に除去されるので、熱融着による密封部分の高い結合能力によって、バッテリセルの品質を、つまりはバッテリセルの安全性及び耐用寿命を向上させることができる。

参考までに、リチウム二次バッテリは、例えば、ＬｉＣｏＯ_２等のリチウム遷移金属酸化物を含むカソード活物質、及び、カーボン材料を含むアノード活物質を備えることができ、そして、前記バッテリは、ポリオレフィンベースの多孔質セパレータをアノードとカソードとの間に介在させると共に、アノードとカソードとの間にＬｉＰＦ_６等のリチウム塩を含む非水電解質を注入することによって製造される。バッテリが充電されると、カソード活物質内のリチウムイオンが放出されてアノード内のカーボン層に入る。一方、放電中は、アノードカーボン層内のリチウムイオンが放出されてカソード活物質に入る。これに関し、非水電解質は、アノードとカソードとの間でリチウムイオンを移動させるための媒体として機能する。このようなリチウム二次バッテリは、本来、バッテリの動作電圧の範囲内で安定していると共に十分に早い速度でイオンを運ぶ性能を有していなければならない。

しかしながら、ＳＥＩフィルムが初期の充放電でアノード活物質の表面に形成されてガスの更なる発生を抑制するものの、連続的な充放電中には、電解質がアノード活物質の表面で分解され、それにより、ガスが発生する。したがって、バッテリセルを活性化させるための工程（ｃ）は、ＳＥＩフィルムを形成するのに必要であり、バッテリセルを完成させる最終段階の前に必ず行う必要がある。

本発明に係る積層シートは、外側の樹脂層と、空気及び水分を遮蔽するための金属層と、熱可溶性のある内側の樹脂層と、を備える積層構造にすることができる。

外側の樹脂層は、外部環境に対して優れた耐久性を有していなければならず、よって、所望の引張強度及び耐候特性が求められる。このような訳で、外側被覆層のためのポリマー樹脂として、優れた引張強度および耐候特性を有しているポリエチレン・ナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）、又は延伸ナイロンを挙げることができる。

外側被覆層は、ポリエチレン・ナフタレート（ＰＥＮ）を含んでもよく、若しくは、外側被覆層の外面にポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）層が設けられてもよく、又は、その両方であってもよい。

ポリエチレン・ナフタレート（ＰＥＮ）は、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）と比較して、厚さが薄くても優れた引張強度および耐候特性を示し、そのため、望ましくは外側被覆層として用いられる。

内側の樹脂層のポリマー樹脂は、熱可溶性（熱融着性）があると共に、電解質の吸収性が低くて電解質の浸透が防止され、さらに、電解質によって受ける膨張又は腐食が最小である、ポリマー樹脂にすることができる。より好ましくは、ポリマー樹脂は、無延伸（一般的には「鋳造」として知られている）のポリプロピレン・フィルム（ＣＰＰ）を含むことができる。

好適な実施形態によれば、本発明の積層シートは、５から４０μｍの厚さの外側被覆層と、２０から１５０μｍの厚さのバリア層と、１０から５０μｍの厚さの内側のシーラント層と、を備えることができる。積層シートにおけるこれらの層が各々薄過ぎると、材料に対する遮蔽機能やそれらの層の強度を改善するのが難しい。これに対して、層が厚過ぎると、シートの厚さを増大させることになると同時にそこの処理がより難しくなるため好ましくない。

電極アセンブリは、複数の電極タブを接続してカソードとアノードとを構成する構造である限り、特に限定されない。好ましくは、巻き型、スタック型、及びスタック折り畳み型のうちの少なくとも１つの構造を用いることができる。例えば、上述したスタック折り畳み型の構造を有する電極アセンブリは、例えば、韓国公開特許公報第２００１−００８２０５８号明細書、同第２００１−００８２０５９号明細書、及び同第２００１−００８２０６０号明細書等の刊行物に詳細に説明されており、これらの刊行物の記載は、参照することにより、それらの全てが本願に組み込まれる。

バッテリケースはさまざまな形状にすることができ、好ましくは、平面視において矩形にする。この場合、バッテリケースの端部分は、縁部にすることができる。

このような構造では、上記した縁部の幅は、他の縁部の幅よりも２０から３００％大きくすることができ、且つ、熱融着による活性化中に、上記縁部の端部を密封させることができる。

例えば、上記した縁部の幅が他の縁部のそれぞれの幅の２０％よりも小さいと、上記した縁部内の空間に所望の量のガスを十分に閉じ込めることができない。一方、上記縁部の幅が他の縁部のそれぞれの幅の３００％を超えていると、縁部の範囲が増大し、ひいては製造コストが増大する。したがって、前述した内容は、経済面の観点において好ましくない。

好適な実施形態によれば、バッテリケースの頂面及び底面を互いに引き寄せる、つまり、吸引装置によって反対方向に引き寄せる真空圧がかけられ、それにより、真空圧によって吸引力が増大した吸引装置によってバッテリセルの内側に発生したガスが容易に放出される。

より好ましくは、吸引装置が真空下でバッテリケースの頂面および底面に吸着してバッテリケースの頂面および底面の間の空間が開き、排出経路（抜け口）が確保された後、ガス及び電解質が真空圧によって排出されてもよい。

例えば、前記吸引装置は、前記バッテリケースの前記頂面に接触する第一吸引パッドと、前記バッテリケースの前記底面に接触する第二吸引パッドと、を備えることができる。

このような構成では、前記第一吸引パッド及び前記第二吸引パッドのそれぞれが、バッテリケースの外側に接触する接着部分と、前記接着部分に接続されると共に、前記バッテリケースの前記非密封部分に形成された貫通孔に連通し、真空圧をかける中空部分と、を備える構造にすることができる。

また、本発明は、非密封部分の中にガスを速やかに閉じ込めるために、バッテリセルの活性化を促進させるための手段を備えていてもよい。

このような促進としては、工程（ｃ）から（ｅ）のうちの少なくとも１つの間に、電解質の温度を上げるためにバッテリセルを加熱し、それにより流動性を向上させることが挙げられる。

言い換えると、バッテリセルに熱エネルギーを付与することは、電解質の粘性を低下させると同時にガスの動作を活性化させることができ、それにより、ガス及び電解質の円滑な排出が促進される。

バッテリセルに対する上記した加熱が工程（ｃ）に含まれると、熱はバッテリセルの充放電に影響を与える可能性がある。したがって、バッテリセルに対する加熱は、工程（ｄ）及び（ｅ）のうちのいずれかの工程で行われるのが好ましい。

このような構成において、加熱温度は、例えば約４０℃から８０℃までの範囲にすることができる。前記温度が４０℃よりも低いと、バッテリセルの活性化が所定の充放電によって行われない。前記温度が８０℃を超えると、バッテリセルの活性化が活性され過ぎること（過多）になって、バッテリセルの爆発の問題が生じる可能性があり、そのため、好ましくない。

別の実施形態によれば、前記（ｃ）から前記（ｅ）の工程のうちの少なくとも１つに、前記バッテリセルに超音波振動を加える工程が含まれていてもよい。

しかしながら、バッテリセルへの超音波振動の付与がバッテリセルを活性化させるための工程（ｃ）に含まれている場合、バッテリセルの充放電に影響を与える可能性がある。したがって、バッテリセルへの超音波振動の付与は、工程（ｄ）及び（ｅ）のうちのいずれかの工程に含まれることが好ましい。

このような構成において、超音波周波数は、約１５ｋＨｚから１００ｋＨｚまでの範囲にすることができる。

その一方で、本発明に係るバッテリセルを製造するための方法は、上述した工程（ｅ）の後に、前記非密封部分の内側を熱融着によって密封し、他の（外側）部分を切り取る工程をさらに含むことができる。

また、本発明は、前述した方法によって製造されるバッテリセルを提供することもできる。

前記バッテリセルがリチウム二次バッテリにすることができる。リチウム二次バッテリは、カソードと、アノードと、セパレータと、リチウムを含む非水電解質とを備える。

カソードは、例えば、ＮＭＰ等の溶媒にカソードの素を混ぜてスラリーを用意した後、前記スラリーをアノード集電体に塗布し、続いて、それを乾燥させて圧延させる。

カソードの素は、カソード活物質に加えて、導電性材料、結合剤、フィラー等を任意で含んでいてもよい。

カソード活物質は、電気化学反応を受けることができる材質にすることができ、リチウム遷移金属酸化物を備え、これは２つ以上の遷移金属を含み、例えば、１つ以上の遷移金属の代用になる例えばリチウム酸化コバルト（ＬｉＣｏＯ_２）やリチウム酸化ニッケル（ＬｉＮｉＯ_２）などの成層化合物、１つ以上の遷移金属の代用になるリチウム酸化マンガン、「ＬｉＮｉ_１−ｙＭ_ｙＯ_２」（ここで、ＭはＣｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ、Ｃｒ、Ｚｎ、又はＧａであり、酸化物はこれらの要素のうちの少なくとも１つを含み、ｙは０．０１≦ｙ≦０．７を満たす）で表されるリチウム酸化ニッケル、「Ｌｉ_１＋ｚＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２」や「Ｌｉ_１＋ｚＮｉ_０．４Ｍｎ_０．４Ｃｏ_０．２Ｏ_２」等の「Ｌｉ_１＋ｚＮｉ_ｂＭｎ_ｃＣｏ_{１−（ｂ＋ｃ＋ｄ）}Ｍ_ｄＯ_{（２−ｅ）}Ａ_ｅ」（ここで、−０．５≦ｚ≦０．５であり、０．１≦ｂ≦０．８であり、０．１≦ｃ≦０．８であり、０≦ｄ≦０．２であり、０≦ｅ≦０．２であり、ｂ+ｃ+ｄ＜１であり、Ｍ＝Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、又はＹであり、Ａ＝ Ｆ、Ｐ、又はＣｌである）で表されるリチウム・ニッケル・コバルト・マンガン合成物、「Ｌｉ_１＋ｘＭ_１−ｙＭ´_ｙＰＯ_４−ｚＸ_ｚ」（ここで、Ｍは遷移金属であり、特にＦｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、又はＮｉであり、Ｍ´＝Ａｌ、Ｍｇ、又はＴｉであり、Ｘ＝Ｆ、Ｓ、又はＮであり、−０．５≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５、０≦ｚ≦０．１である）で表されるオレフィンベースの金属リン酸塩などであるが、これらに特に限定されない。

導電性材料は、通常、カソード活物質を含有する混合物の総重量に対して１から３０重量％の量が添加される。このような導電性材料は、バッテリの化学的修飾を引き起こすことなく導電性を有する限り、特に限定されない。導電性材料として、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛等の黒鉛や、カーボンブラック（carbon black）やアセチレンブラック（acetylene black）、キッチンブラック（ketchen black）、チャンネルブラック（channel black）、ファーネスブラック（furnace black）、ランプブラック（lamp black）、サマーブラック（summer black）等のカーボンブラックや、炭素繊維や金属繊維等の導電性繊維や、フッ化炭素やアルミニウム、ニッケルパウダー等の金属粉や、酸化亜鉛やチタン酸カリウム等の導電性ウィスカーや、酸化チタン等の導電性金属酸化物や、ポリフェニレン誘導体等の導電性物質や、それらと同類のものを挙げることができる。

上記した結合剤は、活物質を導電性材料と組み合わせて集電体に結合するのを補助し、通常は、カソード活物質を含有する混合物の総重量に対して１から３０重量％の量が添加される。このような結合剤の例として、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニル・アルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、でんぷん、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン‐プロピレン‐ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＭＤ、スチレン・ブチレン・ゴム、フッ素化ゴム、様々な共重合体などを挙げることができる。

フィラーは、カソードの膨張を抑制するための補助的な成分であり、任意的に使用され、バッテリの化学的修飾を引き起こすことなく繊維状材料を含む限り特に限定されない。フィラーとしては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のオレフィンポリマーや、ガラス繊維やカーボン繊維等の繊維状材料などを挙げることができる。

上記したカソード集電体は、一般的に、３から５００μｍの範囲の厚さとなるように製造されている。このようなカソード集電体は、バッテリの化学的修飾を引き起こすことなく導電性を有する限り特に限定されない。例えば、カソード集電体は、ステンレス鋼や、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成カーボン、或いは、カーボン、ニッケル、チタン若しくは銀で表面処理されたアルミニウム又はステンレス鋼などを使用して製造することができる。集電体は、電極活物質に対する接着性を高めるために、その表面が微細な凹凸となるにように処理されてもよい。また、集電体は、フィルム、シート、箔、網、多孔質構造、発泡体、不織布などを含む様々な形態であってよい。

本願で使用されるアノードは、例えば、アノード活物質を含有するアノードの素をアノード集電体に塗布した後、被覆された集電体を乾燥させることによって製造され、前記アノードの素は、前述の成分を、つまり、導電性材料や結合剤、フィラー等を任意で含むことができる。

アノード活物質の例としては、天然黒鉛や人造黒鉛、膨張黒鉛、カーボン繊維、非黒鉛化炭素（しばしば「硬質炭素」と称される）、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレン、活性炭等の炭素材料及び黒鉛材料や、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、ＩＮ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｉ及びそれらを含有する化合物等のリチウムと合金にすることが可能な金属（metals alloyable with lithium）や、炭素材料及び黒鉛材料と金属との組み合わせ、並びにその化合物や、窒化物を含有するリチウムなどを挙げることができる。これらの中でも、カーボン活物質、シリコン活物質、スズ活物質又はシリコン・カーボン活物質が使用されるのが好ましく、これらの材料は、それだけで使用されてもよく、或いは、それらを２つ以上組み合わせて使用されてもよい。

アノード集電体は、一般的に、３から５００μｍの範囲の厚さとなるように製造されている。このようなアノード集電体は、バッテリの化学的修飾を引き起こすことなく高い導電性を有する限り特に限定されない。例えば、アノード集電体は、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成カーボン、或いは、カーボン、ニッケル、チタン若しくは銀で表面処理された銅又はステンレス鋼、或いは、アルミニウム‐カドミウム合金などを使用して製造されることができる。カソード集電体と同様に、アノード集電体は、電極活物質に対する接着性を高めるために、その表面が微細な凹凸となるにように処理されてもよい。また、アノード集電体は、フィルム、シート、箔、網、多孔質構造、発泡体、不織布などを含む様々な形態であってよい。

本願で使用されるセパレータは、カソードとアノードとの間に介在されており、イオン透過性が高くて優れた機械的強度を有する薄い絶縁膜を使用して形成されることができる。セパレータは、典型的には、直径０．０１から１０μｍの孔を有すると共に、５から３００μｍの厚さとなっている。セパレータとしては、耐化学性及び疎水性を有するポリプロピレン若しくはガラス繊維、又はその両方、或いはポリエチレン等のオレフィンポリマー製のシート又は不織布が使用される。電解質としてポリマーからなる固形の電解質が使用される場合、固形の電解質はセパレータとしての機能も果たすことができる。

本願で使用されるリチウム塩を含有する非水電解質は、リチウム塩および非水電解質を含む。非水電解質は、非水有機溶剤、有機固形電解質、無機固形電解質、又はそれらと同様のものであってもよい。

非水有機溶剤は、非プロトン性有機溶媒であってもよく、非プロトン性有機溶媒としては、例えば、Ｎ‐メチル‐２‐ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、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、γ‐ブチロラクトン、１，２‐ジメトキシエタン、テトラヒドロキシフラン、２‐メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、１，３‐ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、メチルホルメート、メチルアセテート、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、１，３‐ジメチル‐２‐イミダゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エーテル、メチルプロピオネート、エチルプロピオネートなどが挙げられる。

有機固形電解質の例としては、ポリエチレン誘導体、ポリエチレンオキシド誘導体、ポリプロピレンオキシド誘導体、リン酸エステルポリマー、ポリアジテーションリシン（poly agitation lysine）、ポリエステルスルホン、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、イオン系解離基などを挙げることができる。

無機固形電解質の例としては、Ｌｉ_３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ_５ＮＩ_２、Ｌｉ_３Ｎ‐ＬｉＩ‐ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ_４、ＬｉＳｉＯ_４‐ＬｉＩ‐ＬｉＯＨ、Ｌｉ_２ＳｉＳ_３、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４‐ＬｉＩ‐ＬｉＯＨ、Ｌｉ_３ＰＯ_４‐Ｌｉ_２Ｓ‐ＳｉＳ_２等のリチウムの窒化物、ハロゲン化物、及び硫酸塩のうちの少なくとも１つを挙げることができる。

本願で使用されるリチウム塩は、非水電解質に溶解し易い材料であり、そのようなリチウム塩としては、例えばＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ_１０Ｃｌ_１０、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＣＯ_２、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、ＣＦ_３ＳＯ_３Ｌｉ、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２ＮＬｉ、リチウムクロロボレート、低脂肪族カルボン酸リチウム、リチウムテトラフェニルボレート、イミド等を挙げることができる。

また、充放電特性および難燃性を改良するために、例えばピリジン、亜リン酸トリエチル、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、ｎ‐グライム、ヘキサメチルリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、Ｎ‐置換されたオキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ‐置換された、または置換されていないイミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、２‐メトキシエタノール、三塩化アルミニウム等を非水電解質に添加することができる。必要であれば、不燃性を付与するために、非水性電解質は、ハロゲン含有溶剤、例えば四塩化炭素および三フッ化エチレン、をさらに含むことができる。さらに、非水性電解質は、高温保存性を改良するために、二酸化炭素ガスをさらに包含することができる。

本発明に従って製造された二次バッテリは、小型デバイス用の電源であるバッテリセルに利用されることができると共に、複数のバッテリセルを備えるバッテリパックであって、高い熱的特性や長いサイクル特性、高い比率特性等が求められる中型デバイスおよび大型デバイスのうちの少なくとも何れか一方のための電源として使用されるバッテリパックのユニットセルとして使用されることができる。

本願で説明された中型デバイスおよび大型デバイスのうちの少なくとも一方の好適な例としては、特に限定されるものでないが、バッテリモータからの電力によって駆動される動力工具や、例えば電動自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグイン・ハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）などを含む電気自動車や、例えば電動バイクや電動スクータ等の電気二輪自動車や、電動ゴルフカートなどを挙げることができる。

また、本発明は、余分な電解質、及び、バッテリセルを製造する方法における活性化工程において発生するガスを除去する過程で使用される装置を提供することができる。

より具体的には、本発明の装置は、
バッテリケースであって前記バッテリケースに形成された貫通孔を有する前記バッテリケースの１つの端部が一方向に突出するように前記バッテリセルを取り付けるためのホルダーと、
前記ホルダーに取り付けられた前記バッテリセルを頂面側から押圧するためのプレスブロックと、
前記ホルダーの外側に設けられて前記バッテリケースの前記端部分を熱融着によって密封する一対の密封ブロックと、
真空圧をかけながら、前記バッテリケースの頂面と底面とを、前記バッテリケースに形成された貫通孔を有する前記バッテリケースの前記端部で互いに（つまり、反対方向に）引き寄せることで前記バッテリケースの頂面と底面とを開き、それにより、余分な電解質及び活性化工程で発生したガスを除去する一対の吸引パッドと、
を備える構造を有することができる。

したがって、上記した装置は、バッテリケースの頂面と底面とを開くために、真空圧をかけながら、バッテリケースの頂面と底面とを、貫通孔が形成されたバッテリケースの端部で互いに反対方向に引き寄せることができる一対の吸引パッドを具備しているので、余分な電解質と活性化工程で発生したガスとを急速に且つ完全に除去することができる。

本発明の装置は、プレスブロックを使用してバッテリセルを強く押圧しているので、前記ガスや余分な電解質の排出が促進される。

好適な実施形態によれば、前記ホルダーが、前記バッテリセルを加熱するために前記ホルダー内に備え付けられたヒータを有することができる。

したがって、ヒータがバッテリセルを加熱することでガスの運動エネルギーが増大し、同時に、吸引パッドが真空下でガスを吸引することができ、これにより、上記装置は、ガス除去に要する時間を大幅に短縮させることができる。

別の好適な実施形態によれば、前記ホルダーが、前記バッテリセルに超音波振動を加えるための超音波振動器を有することができる。

したがって、超音波振動器がバッテリセルに超音波振動を加えることでガスの運動エネルギーが増大し、同時に、吸引パッドが真空下でガスを吸引することができる。これにより、本発明の装置は、ガス除去に要する時間を大幅に短縮させることができる。

本発明の上記又は他の目的、特徴及び他の効果は、添付図面と併せて下記の詳細な説明によって更に明確になるだろう。

図１は従来のパウチ形バッテリの典型的な構造を示している分解斜視図である。 図２は本発明の例示的な実施形態に係るバッテリセルを製造するための方法を示している概略図である。 図３は本発明の例示的な実施形態に係るバッテリセルを製造するための方法を示している概略図である。 図４は本発明の例示的な実施形態に係るバッテリセルを製造するための方法を示している概略図である。 図５は本発明の例示的な実施形態に係るバッテリセルを製造するための方法を示している概略図である。 図６は本発明の例示的な実施形態に係るバッテリセルを製造するための方法を示している概略図である。 図７は本発明の例示的な実施形態に係るバッテリセルを製造するための方法を示している概略図である。なお、図２から図７の順番で行われる。 図８は本発明の別の例示的な実施形態に係るガス除去装置を示している横断面図である。 図９は本発明の別の例示的な実施形態に係るガス除去装置を示している横断面図である。 図１０は本発明の別の例示的な実施形態に係るガス除去装置を示している横断面図である。 図１１は図８に示した吸引パッドを示している拡大概略図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、下記の実施例を参照してより詳細に説明する。ただし、当業者であれば、これらの実施形態が例示目的で提案されており、本発明の範囲の範囲を限定するものではないことを理解するであろう。

図２から図７までは、本発明の例示的な実施形態に係るバッテリセルを製造するための方法を示している概略図である。

これらの図面を参照して、バッテリセルを製造するための方法を以下に詳細に説明する。

まず、図２に示すように、電極アセンブリ１１０をバッテリケース１３０の受容部分１２０上に取り付けた後、バッテリケース１３０を半分に折り畳む。

次に、図３に示すように、バッテリケース１３０の受容部分１２０上に電極アセンブリ１１０が取り付けられたままで、バッテリケース１３０の周縁部がバッテリケース１３０の１つの端部分を除いて熱融着によって密封される。

より具体的には、電極アセンブリ１１０には電極端子１１２，１１４が接続されており、この電極アセンブリ１１０はバッテリケース１３０に備え付けられ、バッテリケース１３０は、積層シートからなると共に、片側に受容部分１２０を有する。また、４つの側部のうち、電極端子１１２，１１４が設けられた上側部を含む３つの側部には、加熱圧縮によって密封部分１４０が形成されており、他の側部１５０は密封されないままである。電解質はそのような非密封部分１５０から注入され、その後、図４に示すように、非密封部分１５０のような側縁部の端部１６２が熱融着を受け、続いて、充放電が行なわれてバッテリセル１００が活性化する。

余分な電解質、及び、そのような活性化工程で発生するガスは、非密封部分１５０に集められて閉じ込められる。

これに続いて、図５に示すように、端部分の内側の非密封部分１５０を穿刺して、バッテリケース１３０の内側に連通する貫通孔１６３を形成した後、真空圧をかけながら、バッテリケース１３０の頂面及び底面が、非密封部分で互いに反対方向に引き寄せられて開かれ、それにより、活性化工程で発生するガスと余分な電解質とを除去することができる。

最後に、図６及び７に示すように、電極アセンブリ１１０に隣接する非密封部分の内側を熱溶着によって密封した後、その他の外側部分が切り取られてバッテリセル１００が完成する。

また、図３を参照すると、バッテリケース１３０は、平面視において矩形の構造にすることができ、その場合、側縁部１５０の幅Ｗは、他の側縁部のそれぞれの幅ｗよりも２００％大きい、つまり幅ｗの３倍である。

図８から図１０までは、本発明の別の実施形態に係るガス除去用の装置の概略的な横断面図を図示している。

まず、図８及び図５を参照すると、ガス除去装置２００は、余分な電解質及びバッテリセルを活性化させる工程で発生するガスを除去する工程で使用されるものであり、ホルダー２１０と、一対の密封ブロック２２０と、吸引装置２３０と、吸引装置２３０に接続された真空吸引ライン２３２と、を備えている。

ホルダー２１０には、バッテリケース１３０に形成された貫通孔１６３を有するバッテリケース１３０の端部分１５０が一方向に突出するようにバッテリセル１００を装着させることができ、且つ、密封ブロック２２０は、バッテリケース１３０の端部分１５０を熱融着によって密封するよう、ホルダー２１０の外側に設けられている。

吸引装置２３０は、真空圧をかけながら、バッテリケースの頂面及び底面を、バッテリケース１３０に形成された貫通孔１６３を有するバッテリケース１３０の端部分１５０で反対方向に引き寄せ、それにより、余分な電解質及び活性化工程で発生したガスを除去する。

図９に示されるガス除去装置２００ａは、ガス除去装置２００ａがバッテリセル１００の頂面に位置付けられたプレスブロック２４０を有し、プレスブロック２４０によってバッテリセル１００の頂面が押し下げられること、並びに、ホルダー２１０の内側にヒータ２５０が備え付けられ、ヒータ２５０によってバッテリセル１００が加熱されてガスの運動エネルギーが増大することを除いて、図８に示されるガス除去装置２００と実質的に同一である。したがって、その詳細な説明は省略する。しかしながら、勿論、プレスブロック２４０は、図８に示す装置１００と図１０の装置２００ｂとの両方に組み込まれてもよい。

図１０のガス除去装置２００ｂは、バッテリセル１００に超音波振動を加えてガスの運動エネルギーを増大させるための超音波振動器２６０が、ホルダー２１０の内側に備え付けられていることを除いて、図８に示されるガス除去装置２００と実質的に同一である。
したがって、その詳細な説明は省略する。

図１１は、バッテリケース１３０の頂面に接触する第１吸引パッド２３０ａと、バッテリケース１３０の底面に接触する第２吸引パッド２３０ｂと、を備える吸引装置２３０を示す拡大斜視図である。

これに関して、第一吸引パッド２３０ａ及び第二吸引パッド２３０ｂはそれぞれ、バッテリケース１３０の外側に接触する接着部分２３４と、接着部分２３４に接続されると共に、バッテリケース１３０の非密封部分１５０に形成された貫通孔１６３に連通する中空部分２３６と、からなる構成にすることができる。

本発明の好適な実施形態は、上記のように添付図面と共に説明されているが、当業者であれば、前述した説明に基づいて、添付の特許請求の範囲に記載されたような発明の範囲及び精神から逸脱せずに、様々な変更、追加及び置換が可能であると分かるであろう。

上記から明らかなように、本発明に係るバッテリセルを製造するための方法は、充放電を行ってバッテリセルを活性化させる工程と、バッテリケースの端部の内側の非密封部分を穿刺して、バッテリケースの内側に連通する貫通孔を形成する工程と、真空圧をかけながらバッテリケースの頂面及び底面を非密封部分で反対方向に引き寄せて開く工程と、を備えている。その結果、余分な電解質と活性化工程で発生したガスとが急速に且つ完全に除去される。

１００・・・バッテリセル
１１０・・・電極アセンブリ
１１２・・・電極端子
１１４・・・電極端子
１２０・・・受容部分
１３０・・・バッテリケース
１４０・・・密封部分
１５０・・・非密封部分
１６３・・・貫通孔
２００・・・ガス除去装置
２００ａ・・・ガス除去装置
２００ｂ・・・ガス除去装置
２１０・・・ホルダー
２２０・・・密封ブロック
２３０・・・吸引装置
２３０ａ・・・第１吸引パッド
２３０ｂ・・・第２吸引パッド
２３２・・・真空吸引ライン
２３４・・・接着部分
２３６・・・中空部分
２４０・・・プレスブロック
２５０・・・ヒータ
２６０・・・超音波振動器

Claims (16)

1. 電極アセンブリと、樹脂層及び金属層を有する積層シートからなるバッテリケース内に供給された電解質と、を具備するバッテリセルを製造するための方法であって、
   （ａ）前記電極アセンブリが前記バッテリケース内に取り付けられた状態で、前記バッテリケースの周縁部を、前記バッテリケースの１つの端部分を除いて熱融着して密封する工程と、
   （ｂ）密封されていない前記端部分から前記電解質を注入した後、密封されていない端部分の側縁部を熱融着によって密封する工程と、
   （ｃ）前記バッテリセルを充放電して前記バッテリセルを活性化させる工程と、
   （ｄ）前記端部分の内側の非密封部分を穿刺して、前記バッテリケースの内側に連通する貫通孔を形成する工程と、
   （ｅ）真空圧をかけながら、前記バッテリケースの頂面と底面とを前記非密封部分で互いに反対方向に引き寄せることで前記バッテリケースの頂面と底面とを開き、それにより、活性化中に発生するガス、並びに余分な電解質を除去する工程と、
   を含み、
   前記バッテリケースには、前記電極アセンブリを受容するためのスペースが設けられ、且つ前記バッテリケースは、形態としてはパウチ形であることを特徴とする方法。
2. 前記積層シートが、外側の樹脂層と、空気及び水分を遮蔽するためのバリア金属層と、熱可溶性のある内側の樹脂層と、を備える積層構造となっていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記電極アセンブリが、巻き型、スタック型、又はスタック折り畳み型の構造となっていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記バッテリケースが平面視において矩形の構造となっており、前記端部分が前記バッテリケースの１つの側縁部であること特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記側縁部の幅は、他の側縁部のそれぞれの幅よりも２０から３００％大きく、且つ、前記側縁部の端部は、活性化のために熱融着させるときに密封されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記バッテリケースの前記頂面及び前記底面が、真空圧をかけながら、吸引装置によって反対方向に引き寄せることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 前記吸引装置が、前記バッテリケースの前記頂面に接触する第一吸引パッドと、前記バッテリケースの前記底面に接触する第二吸引パッドと、を備えることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記第一吸引パッド及び前記第二吸引パッドのそれぞれが、前記バッテリケースの外側に接触する接着部分と、前記接着部分に接続されると共に、前記バッテリケースの非密封部分に形成された貫通孔に連通し、真空圧をかける中空部分と、を備える構造となっていることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記（ｃ）から前記（ｅ）の工程のうちの少なくとも１つにおいて、前記バッテリセルが加熱されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
10. 前記（ｃ）から前記（ｅ）の工程のうちの少なくとも１つにおいて、前記バッテリセルに超音波振動が加えられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
11. 前記（ｅ）の工程の後に、前記非密封部分の内側を熱融着によって密封した後、他の外側部分を切り取る工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
12. 請求項１から１１の何れか一項に記載された方法によって製造されることを特徴とするバッテリセル。
13. 前記バッテリセルがリチウム二次バッテリであることを特徴とする、請求項１２に記載のバッテリセル。
14. 余分な電解質、及び、請求項１に記載された方法における活性化工程で発生したガスを除去する装置であって、
    バッテリケースであって前記バッテリケースに形成された貫通孔を有する前記バッテリケースの１つの端部が一方向に突出するように前記バッテリセルを取り付けるためのホルダーと、
    前記ホルダーに取り付けられた前記バッテリセルの頂面を押圧するためのプレスブロックと、
    前記ホルダーの外側に設けられて前記バッテリケースの前記端部分を熱融着によって密封する一対の密封ブロックと、
    真空圧をかけながら、前記バッテリケースの頂面と底面とを、前記バッテリケースに形成された貫通孔を有する前記バッテリケースの前記端部で、互いに反対方向に引き寄せることで前記バッテリケースの頂面と底面とを開き、それにより、余分な電解質及び活性化工程で発生したガスを除去する一対の吸引パッドと、
    を備えることを特徴とする装置。
15. 前記ホルダーが、前記バッテリセルを加熱するために前記ホルダー内に備え付けられたヒータを有することを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
16. 前記ホルダーが、前記バッテリセルに超音波振動を加えるための超音波振動器を有していることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。

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