JP5114842B2

JP5114842B2 - 扁平形電池の製造方法およびその製造装置

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Publication number: JP5114842B2
Application number: JP2005369641A
Authority: JP
Inventors: 隆幸青井; 謙一小西; 正記迫田; 誠一加藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2025-12-22
Also published as: JP2007173062A

Description

本発明は、電極体を収納した扁平形電池のケースに速やかに非水電解液を電極体に含浸させるのに最適な扁平形電池の製造方法およびその製造装置に関するものである。

近年、扁平形電池に代表されるコイン形電池は車載用や時計の主電源等として厳しい環境に耐えうる１０年間保証という長期間の信頼性のあるコイン形電池の需要が拡大する傾向にある。コイン形電池の製造工程においては、安定したコイン形電池の品質を確保したバラツキの少ないモノづくりが要求され、特に非水電解液の注液量は長期間の保存性を確保するための保存特性を左右する大きな要因となり、バラツキが少ない厳しい注液量の精度が求められている。

コイン形電池は、負極体と正極体とセパレータとの積層構造からなる電極体を収納した上ケースに非水電解液を注液した後、上ケースに下ケースを被せ、下ケースの開口部をかしめ封口して製造される。上ケースに非水電解液を注液する際、高密度な活物質からなる電極体に非水電解液を含浸させるには時間がかかる。さらに、非水電解液を含浸させるため長い時間放置すると非水電解液の気化により非水電解液が蒸発し非水電解液量のバラツキや成分変化を招く。

従来の非水電解液の注液方法として、図４に示されるように定量ノズル１１２で非水電解液を一時貯溜室１０５に所定の非水電解液量が供給され、ピストン１０３は一時貯溜室１０５の上端を閉塞し、ピストン１０３の上端の排気口１０９より一時貯溜室１０５内の空気を排気し減圧する。また、一時貯溜室１０５内と減圧チャンバー１０４内の空気を排気口１０６により排気し、ケース１０１の内部を減圧状態にし、一時貯留室１０５に挿入されたピストン１０３で非水電解液が押し出されて、注液管１０２を通過することにより、減圧状態にある減圧チャンバー１０４内のケース１０１に所定量の非水電解液を注入させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−０５５２３８号公報

しかしながら、上述した特許文献に示される従来技術では、図４で示されるように一時貯溜室１０５を通して注液管１０２から非水電解液が吐出される際に、非水電解液が一時貯溜室１０５と注液管１０２の表面に付着することや注液ノズル１１０の下面接液面１１１に付着するために注液する非水電解液にバラツキが発生し小さな直径である扁平形電池の非水電解液量の微少量あるいは高精度を要求される小型の扁平電池においては微小量または高精度に注液するのが困難であった。

本発明は上記従来の課題を鑑みて成されたもので、非水電解液タンクより非水電解液シリンジが自ら吸液して非水電解液シリンジに貯蔵された非水電解液を注液するという非水電解液の吸液および注液を同一の機構で行うことで、非水電解液の供給に使用する非水電解液定量供給ポンプ等の外部要因が不要となり、非水電解液定量供給ポンプによる非水電解液供給量のバラツキが皆無となる。また、上ケースに収納された電極体に非水電解液を含浸させる際、表面張力により球体状となった非水電解液を崩して、電極体の全体を非水電解液で覆って電極体に含浸することができるため、非水電解液を大気中もしくは減圧状態で長時間の放置することがなくなり、非水電解液の蒸発による注液量のバラツキや非水電解液の成分変化を抑えて、非水電解液の高い注液精度と成分維持を確保した扁平形電池
の製造方法およびその製造装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明は、正極活物質からなる正極材とリチウムを保持しうる材料を活物質としてなる負極材との間にセパレータを介在させて積層してなる電極体を開口部の周縁部に絶縁ガスケットを有した上ケースに収納後、非水電解液を注液し容器状の下ケースで上ケースの開口部を封口する扁平形電池の製造方法であって、電極体を収納した上ケースを気密チャンバー内に収納し気密チャンバーを減圧後、非水電解液タンクより非水電解液シリンジが自ら吸液して非水電解液シリンジに貯蔵された前記非水電解液を注液すると共に、前記非水電解液シリンジに設けられた注液管の周囲に、前記電極体上で球体状になった非水電解液と内周面が接して、表面張力により前記球体状になった非水電解液を崩すことができる注液ガイドリングを設けることで、前記球体状となった非水電解液を崩して、電極体の全体を非水電解液で覆いながら電極体に含浸することを特徴としている。

本発明によれば、電極体を収納した上ケースを気密チャンバー内に収納し気密チャンバーを減圧後、非水電解液シリンジが自ら吸液し非水電解液シリンジに貯蔵している非水電解液を供給すると共に表面張力により球体状となった非水電解液を崩して、電極体の全体を非水電解液で覆いながら電極体に含浸することにより、非水電解液シリンジが自ら供給ポンプの役目を果たすと共に注液ポンプの役目を果たすために非水電解液の供給量のバラツキが抑制される。また、電極体への非水電解液の含浸時間が短時間で終了するために大気圧の中や減圧状態の中での長時間放置をせずに済み、非水電解液の蒸発による注液量のバラツキを抑制することができる。しかも、非水電解液の成分変化を抑えることが可能となる。

本発明の第1の発明では、正極活物質からなる正極材とリチウムを保持しうる材料を活物質としてなる負極材とこれらの間にセパレータを介在させて積層してなる電極体を開口部の周縁部に絶縁ガスケットを有した上ケースに収納後、非水電解液を注液し容器状の下ケースで前記上ケースの開口部を封口する扁平形電池の製造方法であって、前記電極体を収納した上ケースを気密チャンバー内に収納し前記気密チャンバーを減圧後、非水電解液タンクより非水電解液シリンジが自ら吸液して非水電解液シリンジに貯蔵された前記非水電解液を注液すると共に表面張力により球体状になった非水電解液を崩して、前記電極体の全体を非水電解液で覆いながら前記電極体に含浸することにより、非水電解液の供給量バラツキが抑制され、さらに大気圧に数十秒間も非水電解液が曝されることや減圧状態で長時間曝されることがなく、非水電解液の飛散や非水電解液成分の蒸発を抑制し、非水電解液量のバラツキ、非水電解液の成分の変化を抑制することが可能となる。

本発明の第２の発明では、非水電解液シリンジ内に空気を含まないように非水電解液を充満し、非水電解液を上ケース内の電極体に注液し含浸することにより、大気圧に非水電解液が曝されることがなく、非水電解液の成分の蒸発を抑制し、非水電解液量のバラツキ、非水電解液の成分の変化を抑制できることが可能となる。

本発明の第３の発明では、非水電解液タンクの非水電解液の温度を調整しながら、注液ノズルより上ケース内の電極体に非水電解液を注液し含浸することにより、非水電解液の温度を所定の温度に保つことで非水電解液の粘度を下げる効果があり、電極体への含浸性をさらに向上させることができる。

本発明の第４の発明では、非水電解液タンク内の非水電解液貯蔵槽に供給した非水電解液をオーバーフローさせて非水電解液タンク内の非水電解液回収層で回収し、常に非水電解液貯蔵槽の非水電解液の液面を一定に保ちながら非水電解液シリンジに吸液することにより、非水電解液シリンジ内の空気の混入を防ぎ非水電解液のみで充満させることで、非
水電解液の高い注液精度を確保することが可能となる。

本発明の第５の発明では、容器上の上ケースに収納された正極材と負極材とセパレータを介在して積層した電極体と上ケースを収納する気密チャンバーと、温度調整部を具備した非水電解液タンクと、一時的に貯蔵した非水電解液を押出す注液ピストンを内蔵した非水電解液シリンジと、注液管および注液ガイドリングからなる非水電解液シリンジに接続した注液ノズルと、注液ピストンを作動させるピストン駆動部と、気密チャンバーに接続された圧力調整部とで構成されたことにより、電極体上での表面張力による球体状となった非水電解液を崩して、電極体の全体を非水電解液で覆いながら電極体に含浸することができ、非水電解液の付着による非水電解液量のバラツキや非水電解液成分の蒸発を抑制し、非水電解液量のバラツキ、非水電解液の成分の変化を抑制することが可能となる。

本発明の第６の発明では、温度調整部である温度調整ヒータと温度調整コントローラを具備した非水電解液タンクと、非水電解液タンク内にある非水電解液貯蔵槽と非水電解液回収槽と、非水電解液シリンジに非水電解液を吸液させる非水電解液貯蔵槽と連通した供給ノズルとで構成したことにより、非水電解液タンクに設置させた温度調整ヒータと温度調整コントローラにて非水電解液の温度をコントロールすることでき、非水電解液の粘度を下げて電極体への含浸性を向上させることができる。

本発明の第７の発明では、注液ガイドリングの外形寸法が上ケースに収納された電極体の外形寸法から上ケースの内径寸法までの範囲内で構成され、且つ注液ガイドリングの先端部の内面がテーパ形状を有したにより、電極体上で表面張力による球体状となり電極体の外形より飛び出すほど広がった非水電解液を崩して、電極体の全体を非水電解液で覆いながら電極体に含浸することができ、注液ガイドリングに非水電解液が付着することなく短時間で含浸することが可能となる。

本発明の第８の発明では、非水電解液シリンジに非水電解液の吸液量および注液量を可変させる可変手段を有したことにより、困難であった微少な非水電解液量から幅広く条件変更を行え、所定の非水電解液量に合わせて定量ポンプや注入機構の製作や専用の機器への取替えが不要となり、生産電池の品種切替えの簡便となる効果がある。

本発明の第９の発明では、非水電解液タンク内の非水電解液貯蔵槽の非水電解液をオーバーフローさせて、常に非水電解液の液面を一定に保ち、非水電解液貯蔵槽と連通した非水電解液の液面が常に一定に保たれた供給ノズルを介して非水電解液を非水電解液シリンジに供給する構成にしたことにより、非水電解液シリンジ内を非水電解液で充満することができ、吸液時の空気の混入を抑制し非水電解液シリンジに精度の高い非水電解液の供給ができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。以下に示される一実施の形態については、本発明を詳細説明するために掲げた製造装置を示するものであって、本発明は扁平形電池の構造および製造装置を下記のものに特定するものではない。例えば、図１は本発明の実施の形態における非水電解液を吸液する吸液ステージと注液する注液ステージの状態を示す扁平形電池の製造装置の模式図である。

図１に示されるように本発明の製造装置では、非水電解液を吸液する吸液ステージＡと電極体を収納した上ケースに注液する注液ステージＢを別個に持ちながらも同一の非水電解液注液部７のみで吸液と注液を行っている。非水電解液注液部７は、電極群２が収納された上ケース１を減圧の状態や大気圧の状態にする気密チャンバー１０と、非水電解液を一時的に貯蔵する非水電解液シリンジ１１と、非水電解液に圧力を掛けて電解液を押出すＯリング５を具備した注液ピストン８と、注液管１４と注液ガイドリング１３から構成さ
れた非水電解液を吐出する注液ノズル６とからなる。

非水電解液を注液する注液ステージＡは、非水電解液タンク１６を配置し、非水電解液タンク１６内には非水電解液送液部（図示せず）と非水電解液供給管１７を介して接続した非水電解液貯蔵槽２７と非水電解液貯蔵槽２７よりオーバーフローした非水電解液を回収する非水電解液回収槽２８に分かれている。また、非水電解液を暖める温度調整ヒータ２０を非水電解液タンク１６に内蔵しており、温度調整ヒータ２０は温度調整コントローラ１８で温度を調整する。さらに非水電解液貯蔵槽２７は、非水電解液注液部７に非水電解液を供給する供給ノズル１９と連通されており、非水電解液貯蔵槽２７の非水電解液の液面が注液ノズル１９内の非水電解液の液面に反映される構造となっている。

また、移動した非水電解液注液部７の注液管１４が注液ノズル１９に挿入され、注液ピストン８を駆動するピストン駆動部２９の連結シャフト２５を介してサーボモータ２１が注液ピストン８と接続する構造となっている。

次に電極体２を収納した上ケース１に注液する注液ステージＢでは、上ケース１を保持する土台４を設置し、土台４はベース３６とケースホルダ３７からなり、ベース３６にはＯリング１５が嵌合されており、非水電解液注液部７の気密チャンバー１０が接続される。また、非水電解液注液部の注液ピストン８と接続し注液ピストン８を駆動するピストン駆動部２９と気密チャンバー１０内の圧力を調整する圧力調整部２６を備える。

上述したように本発明の製造装置では、非水電解液を吸液する吸液ステージＡと電極体２を収納した上ケース１に注液する注液ステージＢを別個に持ちながらも同一の非水電解液注液部７のみで吸液と注液を行っている扁平形電池の製造装置であり、この装置により従来の方法に示す非水電解液の供給に使用する非水電解液定量供給ポンプ等の外部要因が不要となり、非水電解液定量供給ポンプによる非水電解液供給量のバラツキをさらに抑制することができ、高精度の注液が可能となる効果がある。

また、吸液ステージＡでは非水電解液送液部（図示せず）より非水電解液供給管１７にて送られてきた脱気済みの非水電解液は非水電解液貯蔵槽２７に供給され、供給ノズル１９内の非水電解液の液面を常に一定に保つために、供給ノズル１９と連通された非水電解液貯蔵槽２７は溢れ出るまで非水電解液で満たされて、オーバーフローになった非水電解液は非水電解液回収槽２８にて回収し、非水電解液送液部に送られる。このことにより供給ノズル１９内の非水電解液の液面は常に一定に保たれ、非水電解液シリンジ１１の注液管１４より吸液される際にもエアー噛みを発生することなく、非水電解液を非水電解液シリンジ１１内に充満させ貯蔵することが可能となる。

また、非水電解液シリンジ１１に非水電解液が吸液される際に非水電解液が減るスピードより速く非水電解液を非水電解液供給管１７より非水電解液貯蔵槽２７に供給している。ここで、オーバーフローをセンサで感知し、非水電解液送液部を停止させ、非水電解液シリンジ１１により吸液された後に非水電解液送液部を作動させて非水電解液を補充供給しても構わない。

さらに、非水電解液タンク１６内の温度調整ヒータ２０の温度調整を温度調整コントローラ１８で調整し、非水電解液の粘度を下げる効果により非水電解液が上ケース１内の電極体２に含浸しやすい非水電解液の温度に調整し、電極体２への含浸性を向上させている。

ここで吸液ステージＡに移動した非水電解液注液部７を降下させ、注液管１４を非水電解液貯蔵槽２７に連結された供給ノズル１９内の非水電解液の液面より深く挿入し、注液
管１４の挿入位置は一回の吸液する非水電解液量が供給ノズル１９内で減少する以上の挿入位置としている。また、非水電解液シリンジ１１に非水電解液が吸液される際に非水電解液が減るスピードより速く、非水電解液を非水電解液貯蔵槽２７に供給されている。

次に注液ピストン８とピストン駆動部２９が連結される。ピストン駆動部２９の詳細説明については後述する。その注液ピストン８は非水電解液シリンジ１１の下端に位置させ、注液ピストン８の先端部と非水電解液シリンジ１１の底部との間には空間のない状態より、ピストン駆動部２９を作動させて注液ピストン８を上昇させる。それにより非水電解液シリンジ１１内に注液管１４を介して注液ピストン８の上昇したストロークにより確保した体積分である所定の非水電解液を精度良く一時的に貯溜し非水電解液シリンジ１１内を非水電解液で充満した後、非水電解液注液部７は上昇し元の注液ステージＢに移動する。

非水電解液注液部７が移動し、後で詳細に述べる電極体２を収納した上ケース１に注液する注液ステージＢでは、土台４の上に電極体２を収納した上ケース１を保持した後、非水電解液シリンジ１１の気密チャンバー１０が接続され、ベース３６に嵌合されたＯリング１５で気密チャンバー１０内の気密性を確保している。さらに、ケースホルダ３７上に上ケース１を保持するにはチャッキングできる機構でもよく、永久磁石や真空吸着で保持をしても構わない。本発明では構造を簡素化するため、ケースホルダ３７に上ケース１が嵌合できる円形の窪みを設けて保持し、ケースホルダ３７を上ケース１の品種に適合させることで本発明の製造装置に汎用性を持たしている。

次に、注液ピストン８の上端部でピストン駆動部２９とが連結され、真空ポンプ（図示せず）に接続された圧力調整部２６が非水電解液シリンジ１１に接続される。また、ピストン駆動部２９および圧力調整部２６が非水電解液シリンジ１１に具備された非水電解液注液部７の構成にしても良く、本発明の実施の形態においては個別の構成となっており、注液ピストン８は非水電解液シリンジ１１の中心を通り、注液ピストン８の先端にはOリング５を嵌合したシンプルな構造で、注液ピストン８が上下に摺動する際の非水電解液シリンジ１１の気密性を保っている。

次に、真空ポンプを作動させ、圧力調整部２６の設定圧力で気密チャンバー１０内を減圧した後、ピストン駆動部２９にある上下運動変換型のサーボモータ２１を作動させる。ここで、サーボモータ２１の駆動ストロークが注液ピストン８のストロークと同一であるため、サーボモータ２１の駆動ストロークの高い作動精度が必須であり、本発明の実施の形態ではサーボモータ２１の回転速度をデジタルに変換し、回転速度を制御することで注液ピストン８の上下作動を高精度に制御して非水電解液の吸液量や注液量を調整している。

さらに、本発明の実施の形態ではサーボモータ２１を注液ピストン８の上下運動の駆動部に用いたが、板カムの回転運動を上下運動に変換して利用した駆動部やエアーシリンダーによる駆動部、カムとボールねじとサーボモータを組み合わせたメカ機構などで注液ストン８の上下駆動をすることもでき、注液ピストン８のストローク調整のみでは困難であった微少な非水電解液量から幅広く吸液量や注液量を可変させる可変手段として有効であり、所定の非水電解液量に合わせて、定量ポンプや注入機構の製作、取替えが不要となり、生産電池の品種切替えの簡便となる効果がある。

次に、ピストン駆動部２９を作動させ注液ピストン８を下降させて、注液ノズル６より上ケース１に収納された電極体２に気密チャンバー１０内の減圧と注液ピストン８による加圧との圧力差により非水電解液が供給され、注液ピストン８が下降限である下死点に達して電極体２に非水電解液の供給は終了する。

図２（ａ）は電極体２を収納した上ケース１に非水電解液を注液し始めの状態図である。注液管１４から注液された非水電解液は図２（ａ）に示されるように電極体２に注液し始めの非水電解液は電極体２上で球体状になるが、図２（ｂ）に示されるように注液された非水電解液量が増えるに従い球体が膨張し、電極体２上で電極体２の外形より大きな球体と成長していく。この時点では非水電解液の表面張力により、電極体２よりはみ出た状態にも関わらず崩れることなく球体状を保持したままである。

ここで、注液ノズル６を構成している注液ガイドリング１３の外形寸法は電極体２の外形寸法より大きく上ケース１の開口部の内径寸法より小さい寸法の径に構成されている上、注液ガイドリング１３と上ケース１の電極体２との間隔が狭いため、さらに大きくなった球体状の非水電解液は注液ガイドリング１３と接し、図２（ｃ）に示されるように表面張力により球体状を保持している非水電解液を崩す。表面張力を一度崩された非水電解液は注液ガイドリング１３の内径部分に引き寄せられ、さらに注液ガイドリング１３の内径部の形状は内面をテ−パ形状にしており、そのテーパ形状の先端部が電極体２の外形部分と上ケース１の内径部分に位置するため、非水電解液を速やかに電極体２の外形部分と上ケース１の内径部分の隙間に流し込むことができる。また、注液ガイドリング１３のテ−パ形状の先端部は鋭く尖っており、非水電解液が付着し、非水電解液量バラツキの原因を起こさないような形状に形成させている。

このように、電極体２上の表面張力により球体状となっている非水電解液を崩し、電極体２の全周囲全面を非水電解液で覆われた状態にし、一定の時間の減圧状態を保った後、圧力調整部２６にある減圧レギュレータ９を作動させ一定時間をかけて大気開放する。ここで大気開放時の供給空気はリチウム材料を使用した電池ではドライエアーが好ましく、さらに気密チャンバー１０内を減圧せずに大気圧のままで注液することも可能である。

さらに、これらの製造装置を１台または数台、あるいは数十台、ラインとして並べられ、並列にそれぞれの製造装置が上ケース１に非水電解液を注液して、処理能力を大きくすることができ、土台４を循環する治具として使用することでより一層生産性の高いライン構成を取ることが可能となる。また、一つの土台４に一つのケース１を保持する構造の他、一つの大きな土台４に複数の上ケース１を保持する構造も可能である。

注液し含浸された上ケース１は、図３に示されるように上ケース１に下ケース３４が被せられ、下ケース３４の側面を縮径および下ケース３４の開口部を内側に折り曲げて封口し、気密性の高い扁平形電池３５が成形される。

ここで、扁平形電池にはコイン形一次電池やコイン形二次電池等があるが、ここでは扁平形電池に代表される一つであるコイン形のリチウム一次電池（以下、コイン形電池と称する）の全体構成を示した断面図である図３について説明する。コイン形電池３５は、電極体２を構成しているペレット状の正極体３０とペレット状の負極体３１と正極体３０及び負極体３１の間に配されたセパレータ３２とからなり、正極体３０と負極体３１の間でリチウムイオンを移動させる非水電解液（図示せず）と電極体２とを収納する上ケース１と上ケース１の電極体２が収納された空間を密閉する上ケース１の開口部の周縁部にある絶縁ガスケット３３と上ケース１に被せられ封口する下ケース３４からなる。さらに上ケース１の開口部の外周面と絶縁ガスケット３３の内周面および下ケース３４の開口部の内周面との所定の位置に成膜されているシール膜（図示せず）とを備えて、より高い気密性を発揮している。

正極体３０は、ここでは、リチウム・コバルト酸化合物を用いるがこれに限定されるものではなく、例えばリチウム複合酸化物、金属硫化物、金属酸化物、金属セレン化合物等
の何れか一種以上を混合して用いることも可能である。また、負極体３１は、負極活物質となる板状の金属リチウムやリチウム合金を打ち抜いてペレット状に成形している。

次に、セパレータ３２は、正極体３０と負極体３１との間を遮断し、両極材の接触による短絡を防止しつつ非水電解液中のリチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ３２は、繊維樹脂状により形成された不織布であり、空孔率が１０％〜５０％、厚みが４０μｍ〜２００μｍのものを用いる。ここでは、ポリフェニレンサルファイドを用いるが、これに限定されるものではなく、ポリエチレンテレフタート、ポリイミド、ポリアミド等が上げられ、何れか一種以上を用いることも可能である。

非水電解液には、ＥＭＣ、６フッ化リン酸リチウム、ペンタグライム、テトラグライム等が上げられ、これらのうちの何れか一種以上を用いる。

また、下ケース３４は、導電性金属からなる容器であり、正極体３０と接触することでコイン形電池３５の外部正極となる。具体的には、下ケース３４にはステンレスからなる金属製の容器を用いるが、これに限定されるものではなく、例えばステンレス、アルミニウム、ニッケル等の金属を複数積層させた状態の金属製の容器等を用いることも可能である。

上ケース１は、電極体２を収納する導電性金属からなる容器であり、負極体３１と接することでコイン形電池３５の外部負極となる。上ケース１にはステンレスとニッケルの金属を複数積層させた状態の金属製の容器等を用いることも可能である。

また、絶縁ガスケット３３は、円環状に形成されており、下ケース３４と上ケース１とを封口した際に下ケース３４と上ケース１との間に生じる隙間に嵌め込まれるように取り付けられることで上記隙間を封止する。この絶縁ガスケット３３は、ポリプロピレン樹脂を用いるが、これに限定されることはなく、フェニレンサルファイト樹脂を、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリチレンテレフタート樹脂、ポリアリレート樹脂等も用いることができ、何れか一種又は複数種を混合して用いてもよい。

下ケース３４の内周側面や絶縁ガスケット３３の内周側面とには、シール膜としてシール剤（図示せず）が塗布されており、下ケース３４や上ケース１と絶縁ガスケット３３との間に生じる微小な隙間に入りこむことにより、コイン形電池３５の内部空間の密閉性をより高めている。シール剤には具体的には、フッ素系の樹脂を用い、シール剤を調製する溶媒には、上述したフッ素系の樹脂を溶解させるもので、具体的にはシクロヘキサン等を用いる。

次に以下、本発明の実施例に関わる扁平形電池の製造方法およびその製造装置について図を参照しながら詳細に説明する。

図１に示されるように非水電解液注液部７を吸液ステージＡに移動させ、非水電解液シリンジ１１の先端にある注液管１４を非水電解液タンク１６にある供給ノズル１９内の非水電解液の液面より１０ｍｍ以上深く挿入する。次に、ピストン駆動部２９を注液ピストン８の先端部と連結する。次に、ピストン駆動部２９を作動させ、下死点の位置にある注液ピストン８を上方向に３秒間の時間で１０ｍｍのストローク引き上げ、非水電解液タンク１６内にある温度調整コントローラ１８で温度の設定された温度調整ヒータ２０により約４０℃に暖められた８４０ｍｇの非水電解液を注液管１４より非水電解液シリンジ１１内に吸い上げる。

次に、非水電解液シリンジ１１内を非水電解液で充満された非水電解液注液部７を注液ステージＢに移動し、電極体２を収納された上ケース１を土台４に保持した後、非水電解液注液部７の気密チャンバー１０を土台４に接続する。また、非水電解液注液部７の注液ピストン８の先端部にピストン駆動部２９を接続し、非水電解液シリンジ１１に圧力調整部２６を接続する。

次に、真空ポンプを作動させ圧力調整部２６にある減圧圧力計１２を監視しながら減圧レギュレータ９の設定圧力１０ＭＰａで気密チャンバー１０内を５秒間の減圧を行い、ピストン駆動部２９を作動させて注液ピストン８を下降させ、上ケース１に収納した電極体２に１秒間の時間で注液した。
注液終了後に２０秒間の減圧を続け、その後、真空ポンプを停止して気密チャンバー１０内の圧力を２秒間で、大気圧である１０１．３ＭＰａに戻す。気密チャンバー１０を開いて取り出した上ケース１を実施例１とした。

（比較例１）
本発明の実施例１と比較するため、図４に示されるような構成の装置へ実施例１と同じ非水電解液を注液していない電極体２を収納した上ケース１０１を減圧チャンバー１０４に組み込み、一時貯溜室１０５に８４０ｍｇの非水電解液を別設置されている非水電解液定量供給ポンプ（図示せず）と接続した定量ノズル１１２より供給後、減圧チャンバー１０４内を１０ｋＰａの圧力にて５秒間の減圧を行い、ピストン１０３を押し下げて、注液管１０２より非水電解液を上ケース１０１に１秒間で注液をし、注液終了後に２０秒間の減圧をして、減圧チャンバー１０４を大気圧である１０１．３ｋＰａの圧力に戻す。次に減圧チャンバー１０４を開き、取り出した上ケース１０１を比較例１とした。

上記実施例および比較例の同じ非水電解液の注液時間における注液時に製造装置に付着、または蒸発により損失非水電解液の重量をバラツキとして比較するために、それぞれ２０個の上ケースに実施し下記の評価を行った結果を（表１）に示す。

（表１）に示した非水電解液の重量のバラツキは、非水電解液の注液済みである上ケースの重量と非水電解液の未注液である上ケースの重量に非水電解液の基準重量の８４０ｍｇを加えた重量との差を注液された非水電解液の重量とし、最大値を最小値の差との比較をした。

また、非水電解液の損失重量として、非水電解液の注液済みである上ケースの重量と非水電解液の未注液である上ケースの重量に非水電解液の基準重量の８４０ｍｇを加えた重量との差を注液された非水電解液の重量とし、最小の非水電解液の重量と供給した非水電解液の基準重量８４０ｍｇとの差を比較した。

また、非水電解液の含浸重量として、同じ注液時間内で電極体に含浸した非水電解液の重量を比較するため、注液する前の電極体の重量と非水電解液を注液後の電極体にエアーブローを掛け、電極体の表面にある非水電解液を取り除いた後の電極体の重量との差を比較した。

（表１）より明らかなように実施例１による方法は、比較例１と比較して注液時における非水電解液のバラツキ重量も少なく精度が高い製造装置であり、上ケースに高精度な非水電解液の注液ができた。また、非水電解液の基準重量８４０ｍｇに対しても差が小さく、非水電解液の損失重量が少ないことから、非水電解液を精度良く吸い上げ製造装置内に残留なく注液できていることが言え、注液時の非水電解液の飛散や注液後に非水電解液の揮発の少ない製造装置であり、非水電解液の蒸発を抑制できたことで非水電解液の成分のバラツキを抑えることのできる方法である。また、非水電解液の含浸重量を見ても比較例１と実施例１では３０ｍｇもの差があり、非水電解液の温度を上げて粘度が下がり含浸し易くなり、注液ガイドリングによる非水電解液の表面張力を崩し、電極体の全面を覆うことや注液ガイドリングの内面のテーパ形状がさらに非水電解液の切れを良くしたと考えられ、同時間内で実施例１が含浸させるのに充分な機能を発揮していると言える。

さらに注目したいのが、比較例１の注液した最大値重量で非水電解液を供給した基準重量８４０ｍｇに対して８６０ｍｇと増えていることがわかる。これは非水電解液定量供給ポンプによる非水電解液供給量のバラツキも加味されているが、それ以上に非水電解液が装置内に残留し、その残留した非水電解液が加味されて供給した非水電解液の重量以上に注液されたと考えられる。また、８４０ｍｇの注液量に対して比較例では１００ｍｇの非水電解液の重量のバラツキが発生しているのに対して、本発明の製造装置では５ｍｇと極微量に抑えることができ、前述した様に比較例の装置では、注液する非水電解液の重量が小さくなればなるほど構造が小さくなり、更なる小型化は断念せざるを得ない。

比較例の注液精度、非水電解液の損失量の悪化要因があり、比較例１による製造装置では、非水電解液定量供給ポンプのバラツキも加味された上、一時貯溜室およびピストンや非水電解液の経路の表面に非水電解液が付着し残留して、注液した非水電解液の重量のバラツキを招いていたと考えられる。また、注液後の含浸時に注液ノズルの下面接液面に発生した非水電解液の表面張力が電極体に非水電解液が含浸する力の邪魔となり、電極体に含浸する非水電解液の重量を減らしたと考えられる。

さらに、目視で確認できるほど電極体上に非水電解液が今にも溢れ出しそうな状態になっており、下ケースを被せ封口した際に、非水電解液が漏れ出ているのが目視で確認できた。このことで、溢れ出した非水電解液による設備の汚れやそれに伴う設備の稼働トラブル、液こぼれによるコイン形電池の表面汚れや液不足による電池特性の低下等の品質トラブルなど、多岐にわたるトラブルが発生することの確認もされている。

以上のように比較例１において、短時間における注液を行ったときに発生する注液精度の悪化は、非水電解液の重量のバラツキをもたらし、その結果として、非水電解液が少ない場合には、コイン形電池内の非水電解液が不足し、電池寿命の短命化につながり、非水電解液が多い場合にはガス発生によるコイン形電池の膨れ、安全性の低下が懸念される。本発明は高い精度での注液を実現することで、電池寿命の安定化、安全性の安定化を実現している。

本発明によれば、非水電解液の注液量バラツキを最小限に押えることができ、バラツキの極少化が可能となり、精度よく非水電解液を注液することができる。また、非水電解液のこぼれにまつわる様々なトラブルを解消することができ、困難であった微量な非水電解液量を減圧状態または大気状態で高精度に注液することが可能となり、高性能な扁平形の超小型電池の製造非水電解液方法として有用である。さらに、高容量化を図るために電池内に可能な限り多くを収納した電極体に対して、その電極体に見合った大量の非水電解液を収容することができるため、高エネルギー密度で負荷特性の優れ、貯蔵寿命が長いなどの効果をもたらす電池の作製が可能となる。

本発明の実施の形態における非水電解液を吸液する吸液ステージと注液する注液ステージの状態を示す扁平形電池の製造装置の模式図（ａ）本発明の実施の形態における注液時の注液し始めの状態図、（ｂ）同注液時の表面張力により球体状となった非水電解液の状態図、（ｃ）同注液時の含浸し始めの状態図本発明の一実施形態におけるコイン形電池の断面図従来の他の電解液注液装置を示す模式図

符号の説明

１上ケース
２電極体
４架台
５Ｏリング
６注液ノズル
７非水電解液注液部
８注液ピストン
９減圧レギュレータ
１０気密チャンバー
１１非水電解液シリンジ
１２減圧圧力計
１３注液ガイドリング
１４注液管
１５Ｏリング
１６非水電解液タンク
１７非水電解液供給管
１８温度調整コントローラ
１９供給ノズル
２０温度調整ヒータ
２１サーボモータ
２５連結シャフト
２６圧力調整部
２７非水電解液貯蔵槽
２８非水電解液回収層
２９ピストン駆動部
３０正極体
３１負極体
３２セパレータ
３３絶縁ガスケット
３４下ケース
３５コイン形電池（扁平形電池）
３６ベース
３７ケースホルダ

Claims

正極活物質からなる正極材とリチウムを保持しうる材料を活物質としてなる負極材との間にセパレータを介在させて積層してなる電極体を開口部の周縁部に絶縁ガスケットを有した上ケースに収納後、非水電解液を注液し容器状の下ケースで前記上ケースの開口部を封口する扁平形電池の製造方法であって、前記電極体を収納した上ケースを気密チャンバー内に収納し前記気密チャンバーを減圧後、非水電解液タンクより非水電解液シリンジが自ら吸液して非水電解液シリンジに貯蔵された前記非水電解液を注液すると共に、前記非水電解液シリンジに設けられた注液管の周囲に、前記電極体上で球体状になった非水電解液と内周面が接して、表面張力により前記球体状になった非水電解液を崩すことができる注液ガイドリングを設けることで、前記球体状になった非水電解液を崩して、前記電極体の全体を非水電解液で覆いながら前記電極体に含浸することを特徴とする扁平形電池の製造方法。
非水電解液シリンジ内に空気を含まないように非水電解液を充満し、非水電解液を上ケース内の電極体に注液し含浸することを特徴とする請求項１に記載の扁平形電池の製造方法。
非水電解液タンクの非水電解液の温度を調整しながら、注液ノズルより上ケース内の電極体に非水電解液を注液し含浸することを特徴とする請求項１に記載の扁平形電池の製造方法。
非水電解液タンク内の非水電解液貯蔵槽に供給した非水電解液をオーバーフローさせて非水電解液タンク内の非水電解液回収層で回収し、常に非水電解液貯蔵槽の非水電解液の液面を一定に保ちながら非水電解液シリンジに吸液することを特徴とする請求項１に記載の扁平形電池の製造方法。
容器上の上ケースに収納された正極材と負極材とをセパレータを介在して積層した電極体と上ケースを収納する気密チャンバーと、温度調整部を具備した非水電解液タンクと、一時的に貯蔵した非水電解液を押出す注液ピストンを内蔵した非水電解液シリンジと、注液管および前記電極体上で球体状になった非水電解液と内周面が接して、表面張力により
球体状になった非水電解液を崩すことができる注液ガイドリングからなる前記非水電解液シリンジに接続した注液ノズルと、前記注液ピストンを作動させるピストン駆動部と、前記気密チャンバーに接続された圧力調整部とで構成されたことを特徴とする扁平形電池の製造装置。
温度調整部である温度調整ヒータと温度調整コントローラを具備した非水電解液タンクと、前記非水電解液タンク内にある非水電解液貯蔵槽と非水電解液回収槽と、非水電解液シリンジに非水電解液を吸液させる前記非水電解液貯蔵槽と連通した供給ノズルとで構成したことを特徴とする請求項５に記載の扁平形電池の製造装置。
注液ガイドリングの外形寸法が上ケースに収納された電極体の外形寸法から前記上ケースの内径寸法までの範囲内で構成され、且つ前記注液ガイドリングの先端部の内面がテーパ形状を有した請求項５に記載の扁平形電池の製造装置。
非水電解液シリンジに非水電解液の吸液量および注液量を可変する可変手段を有したことを特徴とする請求項５に記載の扁平形電池の製造装置。
非水電解液タンク内の非水電解液貯蔵槽の非水電解液をオーバーフローさせて、常に非水電解液の液面を一定に保ち、前記非水電解液貯蔵槽と連通した非水電解液の液面が常に一定に保たれた供給ノズルを介して非水電解液を非水電解液シリンジに供給するように構成したことを特徴とする請求項５に記載の扁平形電池の製造装置。