JP2002110246A - 薄型電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高沸点（沸点２００℃以上）の非水溶媒を含
む非水電解液を用い、簡易な製造ラインで前記非水電解
液を外装フィルム素材内の電極群に均一に含浸すること
が可能な薄型電池の製造方法を提供するものである。 【解決手段】 正極および負極をセパレータを挟んで捲
回もしくは積層した電極群を中間にガスバリアフィルム
を介在させたプラスチックラミネートフィルムからなる
外装フィルム素材に収納すると共に、その外装フィルム
素材の一端を開口する工程と、高沸点系の非水溶媒を含
む非水電解液を前記外装フィルム素材にその開口部を通
して大気圧下で注入する工程と、前記外装フィルム素材
を減圧雰囲気下に置いて、前記外装フィルム素材内の前
記電極群に前記非水電解液を含浸する工程とを具備した
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄型電池の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、非水系二次電池、特にリチウムイ
オン二次電池は高電圧、高エネルギー密度を有すること
から一体型ビデオカメラ、移動通信機、ノートブック型
パソコン等のコードレスの携帯型電子機器の電源として
注目されている。とりわけ、角型二次電池の需要が伸び
ており、小型・軽量化への要求が進むに伴って電池の厚
さを薄くすることが要望されている。このような要求に
対し、小型・軽量化かつ薄型の電池の開発が盛んに行な
われている。中でも、アルミニウム箔のようなガスバリ
アフィルムを中間に挟んだプラスチックラミネートフィ
ルムを外装フィルム素材として用いる例えばポリマー電
池の研究が注目されている。

【０００３】ところで、従来の薄型電池は低沸点系の非
水溶媒を含む非水電解液を使用する場合、次のような方
法により製造されている。正極および負極をセパレータ
を挟んで捲回もしくは積層した電極群を中間にガスバリ
アフィルムを介在させたプラスチックラミネートフィル
ムからなる外装フィルム素材により包囲し、前記外装フ
ィルム素材を前記電極群の形状に合せて熱シールし、減
圧状態の下で非水電解液を前記外装フィルム素材に注入
した後、大気状態に戻すことにより、前記非水電解液を
前記電極群に含浸させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の方法では装置が大掛りで複雑になるばかりか、
非水電解液の電極群への含浸量がばらつくという問題が
あった。

【０００５】本発明は、高沸点（沸点２００℃以上）の
非水溶媒を含む非水電解液を用い、簡易な製造ラインで
前記非水電解液を外装フィルム素材内の電極群に均一に
含浸することが可能な薄型電池の製造方法を提供しよう
とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る薄型電池は、正極および負極をセパレー
タを挟んで捲回もしくは積層した電極群を中間にガスバ
リアフィルムを介在させたプラスチックラミネートフィ
ルムからなる外装フィルム素材に収納すると共に、その
外装フィルム素材の一端を開口する工程と、高沸点系の
非水溶媒を含む非水電解液を前記外装フィルム素材にそ
の開口部を通して大気圧下で注入する工程と、前記外装
フィルム素材を減圧雰囲気下に置いて、前記外装フィル
ム素材内の前記電極群に前記非水電解液を含浸する工程
とを具備したことを特徴とするものである。

【０００７】本発明に係る薄型電池の製造方法におい
て、前記含浸工程における最高到達減圧度を１００Ｔｏ
ｒｒ以下にすることが好ましい。

【０００８】本発明に係る薄型電池の製造方法におい
て、前記含浸工程を減圧度をステップ状に高くすること
により行なうことが好ましい。

【０００９】本発明に係る薄型電池の製造方法におい
て、前記含浸工程後に前記外装フィルム素材の開口部を
熱シールする際、減圧下で行なって前記電極群および非
水電解液を外装フィルム内に密閉すること許容する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る薄型電池の製
造方法図１〜図６を参照して詳細に説明する。

【００１１】（第１工程）まず、正極、セパレータ、負
極およびセパレータを渦巻き状に捲回してほぼ円筒状に
した後、例えば室温で加圧成形することにより図１およ
び図２に示すように正極１、セパレータ２、負極３およ
びセパレータ２を渦巻き状に捲回され、扁平で矩形状を
なす電極群４を作製する。なお、前記捲回に先立って正
負極１，３に外部端子５，６をそれぞれ例えば超音波溶
接により接続する。つづいて、二つ折りのカップ型外装
フィルム素材を用意し、この外装フィルム素材７のカッ
プ８内に前記扁平状の電極群４をその外部端子５，６の
反対側の面が前記外装フィルム素材の折り曲げ部側に位
置するように収納する。前記外装フィルム素材７は、内
面側に位置するシーラントフィルム、例えばアルミニウ
ム箔のようなガスバリアフィルムおよび剛性を有する有
機樹脂フィルムをこの順序で積層した構造を有する。ひ
きつづき、前記電極群４の長辺に対応する前記外装フィ
ルム素材７の左端部および前記外部端子５，６の延出側
に対応する前記素材７の端部を熱シールしてシール部９
ａ,９ｂを形成することにより図３に示すように前記電
極群４の長辺と平行する端部が未シール部（開口部）１
０とした袋状外装フィルム素材１１とする。

【００１２】前記正極、セパレータ、負極およびセパレ
ータを渦巻き状に捲回するための捲回機および巻芯は、
特に限定されないが、巻芯には円柱状、楕円柱状、平板
状、菱形状等のものを用いることができる。

【００１３】前記電極群を扁平状に成形するためのプレ
ス機は、特に限定されないが、電極群に均一な加圧力を
与えることが可能な一軸成形法が好ましい。

【００１４】（第２工程）図３に示すように袋状外装フ
ィルム素材１１の開口部１０を拡口し、この開口部１０
に非水電解液を大気圧下で例えば注入ノズル１２を通し
て所定量注入する。つづいて、図４に示すように図示し
ないバルブが介装された排気管１３および図示しないバ
ルブが介装された大気導入管１４が側壁に接続された角
型真空チャンバ１５を用意し、この真空チャンバ１５内
に大気圧下で非水電解液が注入された複数の袋状外装フ
ィルム素材１１をそれぞれ設置し、前記排気管１３に接
続された真空ポンプ（図示せず）を作動して前記真空チ
ャンバ１５内を所定の減圧度にすることにより前記複数
の袋状外装フィルム１１内の非水電解液を電極群４に含
浸させる。

【００１５】前記非水電解液の含浸工程において、前記
排気管１３に介装した図示しないバルブおよび前記大気
導入管１４に介装した図示しないバルブの開度をそれぞ
れコントロールして前記真空チャンバ１５内をステップ
状に減圧にすることが好ましい。また、前記真空チャン
バ１５内の最大到達減圧度は１００Ｔｏｒｒ以下、より
好ましくは５０Ｔｏｒｒ以下にすることが望ましい。

【００１６】（第３工程）前記含浸工程後に前記開口部
１０側の電極群４の長辺近傍に位置する前記袋状外装フ
ィルム素材１１部分を前記開口部１０に平行して熱シー
ルし、さらに不要なフィルム素材１１部分を切断するこ
とにより、図５、図６に示すようにシーラントフィルム
１６、ガスバリアフィルム１７および剛性を有する有機
樹脂フィルム１８がこの順序で積層され、３つの辺にシ
ール部９ａ，９ｂ，９ｃを有する外装フィルム１９内に
非水電解液が含浸された電極群４を密封した構造の薄型
二次電池を製造する。

【００１７】前記熱シール工程は、減圧状態で行なうこ
とが好ましい。

【００１８】次に、前記正極１、セパレータ２、負極
３、非水電解液および外装フィルム５を説明する。

【００１９】前記正極１は、集電体の片面もしくは両面
に活物質を含む正極活物質層を形成した構造を有する。

【００２０】前記集電体としては、例えばアルミニウ
ム、ニッケルまたはステンレスの板、アルミニウム、ニ
ッケルまたはステンレスのメッシュ等を挙げることがで
きる。

【００２１】前記正極活物質としては、種々の酸化物、
例えば二酸化マンガン、リチウムマンガン複合酸化物、
リチウム含有ニッケル酸化物、リチウム含有コバルト化
合物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、リチウム
含有鉄酸化物、リチウムを含むバナジウム酸化物や、二
硫化チタン、二硫化モリブデンなどのカルコゲン化合物
などを挙げることができる。中でも、リチウムコバルト
酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）、リチウムニッケル酸化物（Ｌ
ｉＮｉＯ₂ ）、リチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ₂ Ｏ
₄ またはＬｉＭｎＯ₂ ）を用いると、高電圧が得られる
ために好ましい。

【００２２】前記正極活物質層は、結着剤および導電剤
を含有することが好ましい。

【００２３】前記結着剤としては、例えばポリテトラフ
ルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン
（ＰＶＤＦ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体
（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等
を用いることができる。

【００２４】前記導電剤としては、例えばアセチレンブ
ラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができ
る。

【００２５】前記正極から取り出される外部端子の主た
る材質は、アルミニウムであることが好ましい。また、
前記外装フィルムとのシール性を向上するために前記外
部端子に化学的または物理的な表面処理を行なうことが
より好ましい。

【００２６】前記セパレータ２としては、例えばポリエ
チレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合
体、エチレン−ブテン共重合体からなる微多孔性膜また
はこれら材料の繊維を有する織布、不織布により作られ
る。

【００２７】前記負極３は、集電体の少なくとも片面に
活物質を含む負極活物質層を形成した構造を有する。

【００２８】前記集電体としては、例えば銅板、銅メッ
シュ等を挙げることができる。

【００２９】前記負極活物質は、特に限定されないが、
金属リチウム、リチウム合金、または充放電時にリチウ
ムイオンを可逆的に吸蔵・放出、もしくはインターカレ
ート・ディインターカレートするコークス、炭素繊維、
黒鉛、メソフェーズピッチ系炭素、熱分解気相炭素質
物、樹脂焼成体等の炭素質材料等を挙げることができ
る。

【００３０】前記負極活物質層は、例えば結着剤を含有
することが好ましい。

【００３１】前記結着剤としては、例えばポリテトラフ
ルオロエチレン、ポリビニリデンフルオロライド、エチ
レン−プロピレン−ジエン共重合体、スチレン−ブタジ
エンゴム、カルボキシメチルセルロース等の結着剤を含
有することが好ましい。

【００３２】前記負極から取り出される外部端子の主た
る材質は、ニッケルであることが好ましい。また、前記
外装フィルムとのシール性を向上するために前記外部端
子に化学的または物理的な表面処理を行なうことがより
好ましい。

【００３３】前記外装フィルム素材７のシーラントフィ
ルムとしては、例えばポリエチレン（ＰＥ）フィルム、
ポリプロピレン（ＰＰ）フィルム、ポリプロピレン−ポ
リエチレン共重合体フィルム、アイオノマーフィルム、
エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）フィルム等を用い
ることができる。前記剛性を有する有機樹脂フィルムと
しては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）
フィルム、ナイロンフィルム等を用いることができる。

【００３４】前記シーラントフィルム、アルミニウム箔
および有機樹脂フィルムの厚さは、特に限定されない
が、シーラントフィルムは２０〜１００μｍ、アルミニ
ウム箔は２０〜８０μｍ、有機樹脂フィルム１０〜１０
０μｍにすることが好ましい。

【００３５】前記非水電解液は、電解質を非水溶媒で溶
解した組成を有する。

【００３６】電解質としては、例えば過塩素酸リチウム
（ＬｉＣｌＯ₄）、四フッ化硼酸リチウム（ＬｉＢ
Ｆ₄）、六フッ化燐酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）、六フッ化
砒素酸リチウム（ＬｉＡｓＦ₆）、トリフルオロメタン
スルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃）、ＬｉＮ（ＣＦ
₃ＳＯ₂）₂等を用いることができる。

【００３７】非水溶媒としては、沸点が２００℃以上の
高沸点系であればいずれのものも使用でき、例えばエチ
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、γ−ブチロラクトン、スルホラン、３−
メチルスルホラン、テトラエチレングリコールジメチル
エーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、
メチルトリグライム、ブチルジグライム等を用いること
ができる。これらの非水溶媒は、１種または２種以上の
混合物の形態で用いることができる。

【００３８】前記非水電解液は、通常、溶液の形態で用
いられるが、固体状（例えばゾル状、ゲル状等）、また
は固体状と溶液状の混合形態でもよい。

【００３９】前記非水溶媒中の前記電解質の濃度は、
０．５モル／Ｌ以上にすることが好ましい。

【００４０】前記電極群は、前述した扁平状のものに限
らず、正極、セパレータおよび負極を積層した構造のも
のでもよい。

【００４１】本発明に係わる薄型電池の製造において、
外装フィルム素材は図１に示すカップ型に限らず、折り
曲げシール部を有するピロー構造の外装フィルム素材、
パウチ型の外装フィルム素材を用いてもよい。

【００４２】以上説明したように、本発明の薄型電池の
製造方法は正極および負極をセパレータを挟んで捲回も
しくは積層した電極群を中間にガスバリアフィルムを介
在させたプラスチックラミネートフィルムからなる外装
フィルム素材に収納すると共に、その外装フィルム素材
の一端を開口する工程と、高沸点系の非水溶媒を含む非
水電解液を前記外装フィルム素材にその開口部を通して
大気圧下で注入する工程と、前記外装フィルム素材を減
圧雰囲気下に置いて、前記外装フィルム素材内の前記電
極群に前記非水電解液を含浸する工程とを具備する。

【００４３】このような方法によれば、高沸点系の非水
溶媒を含む非水電解液を用いることによって、大気圧下
で前記外装フィルム素材に注入することができるため、
製造ラインが簡易になり、電極群に非水電解液を液量の
ばらつきを生じることなく円滑に含浸することができ
る。

【００４４】また、前記含浸工程後に前記外装フィルム
素材の開口部を熱シールする際、減圧下で行なって前記
電極群および非水電解液を外装フィルム内に密閉するこ
とによって、厚さがより薄い薄型電池を製造できる。

【００４５】さらに、前記含浸工程において雰囲気中の
減圧度を制御して減圧度をステップ状に高くすることに
よって前記外装フィルム素材に注入した非水電解液の吹
き出しを抑制しつつ、非水電解液を電極群に含浸するこ
とができる。その上、前記含浸工程後に前記外装フィル
ム素材の開口部を減圧下で熱シールする際、非水電解液
の外装フィルム素材からの突沸を抑制することができ
る。

【００４６】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を前述した図
面を参照して説明する。

【００４７】（実施例１） ＜正極の作製＞まず、活物質としてのＬｉＣｏＯ₂粉末
８９重量部に導電フィラーとしてのグラファイト粉末８
重量部および結着剤としてポリフッ化ビニリデン樹脂３
重量部をＮ−メチルピロリドン２５重量部に混合してペ
ーストを調製した。このペーストを外部端子が取付けら
れたアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥し、さらにプ
レス加工、スリット加工を施してリール状の正極を作製
した。

【００４８】＜負極の作製＞まず、鱗片状グラファイト
カーボン１００重量部をカルボキシメチルセルロースお
よびスチレン−ブタジエンの架橋ゴムラテックス粒子２
重量部を含む水溶液に混合してペーストを調製した。こ
のペーストを外部端子が取付けられた銅箔の両面に塗布
し、乾燥し、さらにプレス加工、スリット加工を施して
リール状の負極を作製した。

【００４９】＜非水電解液＞エチレンカーボネートとγ
−ブチロラクトンを１：１の体積比で混合した高沸点系
混合溶媒（沸点２０５℃）に四フッ化硼酸リチウム（Ｌ
ｉＢＦ₄）を１モル／Ｌ溶解して非水電解液を調製し
た。

【００５０】次いで、前記正負極の間および正極側にポ
リエチレン製微多孔膜を配置し、正負極にアルミニウム
製外部端子を、負極にニッケル製外部端子をそれぞれ接
続した後、捲回機により前記正極のアルミニウム箔が最
外周に位置するように渦巻き状に捲回して円筒状物を作
成した。つづいて、この円筒状物を８０℃、１５ｋｇｆ
／ｃｍ²の圧力で加熱加圧成形することにより扁平状を
なす電極群を作製した。

【００５１】次いで、二つ折りされたカップ型外装フィ
ルム素材（シーラントフィルム、アルミニウム箔および
ナイロンフィルムのラミネートフィルム）を用意し、こ
の外装フィルム素材のカップ内に前記扁平状電極群をそ
の外部端子の反対側の面が前記外装フィルム素材の折り
曲げ部側に位置するように収納した。つづいて、前記電
極群の長辺に対応する前記外装フィルム素材の左端部お
よび前記各外部端子の延出側に対応する前記素材の端部
を熱シールしてシール部を形成することにより前記電極
群の長辺と平行する端部が未シール部（開口部）とした
袋状外装フィルム素材を作製した。

【００５２】次いで、前記袋状外装フィルム素材の開口
部を拡口し、この開口部に前記組成の非水電解液３．２
０ｇを大気圧下で注入ノズルを通して注入した。つづい
て、角型真空チャンバ内に複数の前記袋状外装フィルム
素材をそれぞれ設置し、前記チャンバの排気管に接続さ
れた真空ポンプを作動すると共に、その排気管に介装さ
れたバルブの開閉および前記チャンバの大気導入管に介
装されたバルブの開閉を行なって、減圧・大気開放を繰
り返して前記チャンバ内の減圧度をステップ状に上げて
最大到達減圧度５０Ｔｏｒｒにすることにより前記袋状
外装フィルム素材において非水電解液を電極群に含浸さ
せた。ひきつづき、減圧状態で前記開口部側の電極群の
長辺近傍に位置する前記袋状外装フィルム素材部分を前
記開口部に平行して熱シールし、さらに不要なフィルム
素材部分を切断することにより、図５、図６に示すよう
に外装フィルム１９内に非水電解液が含浸された電極群
４を密封した構造を有する２０個の薄型二次電池を製造
した。

【００５３】（比較例１）非水電解液としてエチレンカ
ーボネートおよびメチルエチルカーボネートを１：１の
体積比混合した混合溶媒（沸点１１０℃）に六フッ化燐
酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）を１モル／Ｌ溶解して調製し
たものを用いた以外、実施例１と同様な方法により２０
個の薄型非水電解液二次電池を製造した。

【００５４】得られた実施例１および比較例１の２０個
の薄型非水電解液二次電池について、非水電解液の注
入、含浸前と非水電解液含浸後の二次電池の重量を測定
することにより含浸後の非水電解液の重量を求めた。そ
の結果を下記表１に示す。

【００５５】

【表１】

【００５６】前記表１から明らかなように実施例１の薄
型非水電解液二次電池は、電極群に含浸される非水電解
液量のばらつきが比較例１の低沸点の非水電解液を用い
る薄型非水電解液二次電池に比べて極めて小さく、安定
した非水電解液の注入・含浸がなされ、高沸点系の非水
電解液の含浸に有効であることがわかる。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば高
沸点（沸点２００℃以上）の非水溶媒を含む非水電解液
を用い、簡易な製造ラインで前記非水電解液を外装フィ
ルム素材内の電極群に均一に含浸することが可能で、一
体型ビデオカメラ、移動通信機、ノートブック型パソコ
ン等のコードレスの携帯型電子機器の電源等に有効な薄
型電池の製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる薄型非水電解液二次電池の製造
工程を示す斜視図。

【図２】図１のII−II線に沿う断面図。

【図３】本発明に係わる薄型非水電解液二次電池の製造
工程を示す斜視図。

【図４】本発明に係わる薄型非水電解液二次電池の製造
に用いられる角型真空チャンバを示す斜視図。

【図５】本発明に係る方法により製造された薄型非水電
解液二次電池を示す斜視図。

【図６】図５のVI−VI線に沿う断面図。

【符号の説明】

１…正極、 ２…セパレータ、 ３…負極、 ４…電極群、 ５，６…外部端子、 ７…外装フィルム素材、 ９ａ，９ｂ，９ｃ…シール部、 １１…袋状外装フィルム素材、 １５…角型真空チャンバ、 １６…シーラントフィルム、 １７…ガスバリアフィルム、 １８…剛性を有する有機樹脂フィルム １９…外装フィルム。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極および負極をセパレータを挟んで捲
   回もしくは積層した電極群を中間にガスバリアフィルム
   を介在させたプラスチックラミネートフィルムからなる
   外装フィルム素材に収納すると共に、その外装フィルム
   素材の一端を開口する工程と、 高沸点系の非水溶媒を含む非水電解液を前記外装フィル
   ム素材にその開口部を通して大気圧下で注入する工程
   と、 前記外装フィルム素材を減圧雰囲気下に置いて、前記外
   装フィルム素材内の前記電極群に前記非水電解液を含浸
   する工程とを具備したことを特徴とする薄型電池の製造
   方法。
2. 【請求項２】 前記含浸工程における最高到達減圧度
   は、１００Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする請求項
   １記載の薄型電池の製造方法。
3. 【請求項３】 前記含浸工程は、減圧度をステップ状に
   高くすることによりなされることを特徴とする請求項１
   または２記載の薄型電池の製造方法。
4. 【請求項４】 前記含浸工程後に前記外装フィルム素材
   の開口部を熱シールする際、減圧下で行なって前記電極
   群および非水電解液を外装フィルム内に密閉することを
   特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の薄型電池の
   製造方法。