特許 6571406 リチウムイオン電池およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6571406

(24)【登録日】2019年8月16日

(45)【発行日】2019年9月4日

(54)【発明の名称】リチウムイオン電池およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/058 20100101AFI20190826BHJP

   H01M 10/0566 20100101ALI20190826BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20190826BHJP

   H01M 4/36 20060101ALI20190826BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/058

   H01M10/0566

   H01M10/052

   H01M4/36 C

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-125678(P2015-125678)

(22)【出願日】2015年6月23日

(65)【公開番号】特開2017-10805(P2017-10805A)

(43)【公開日】2017年1月12日

【審査請求日】2018年3月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002288

【氏名又は名称】三洋化成工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100122275

【弁理士】

【氏名又は名称】竹居 信利

(74)【代理人】

【識別番号】100098028

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 俊之

(72)【発明者】

【氏名】水野 雄介

(72)【発明者】

【氏名】川北 健一

(72)【発明者】

【氏名】都藤 靖泰

(72)【発明者】

【氏名】進藤 康裕

(72)【発明者】

【氏名】大澤 康彦

(72)【発明者】

【氏名】草地 雄樹

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 一

(72)【発明者】

【氏名】赤間 弘

(72)【発明者】

【氏名】堀江 英明

【審査官】 近藤 政克

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−２０７３２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ １０／０５８

Ｈ０１Ｍ ４／３６

Ｈ０１Ｍ １０／０５２

Ｈ０１Ｍ １０／０５６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

活物質粒子と電解液とを含んでなる電極組成物を収容するための収容部を有し、リチウムイオン電池を構成する部材である容器の収容部に、活物質粒子と液体を含むスラリー状物質を注入する注入工程と、
前記収容部内に設けられ、前記活物質粒子と前記液体とを分離可能な分離膜を通して、前記収容部に注入されたスラリー状物質が含む液体の少なくとも一部を前記収容部から排出する排出工程と、
を備えることを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記液体は電解液または非水溶媒であることを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記注入工程では、前記収容部に設けられた第一の開口部から前記スラリー状物質を注入し、
前記排出工程では、前記収容部に注入された液体の少なくとも一部を前記収容部の前記第一の開口部と異なる位置に設けられた第二の開口部から排出することを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記収容部は、セパレータで区分された正極室および負極室を有しており、
前記注入工程では、前記正極室および前記負極室の少なくとも一方の電極室に前記スラリー状物質を注入し、
前記排出工程では、前記一方の電極室から前記液体を排出することを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。

【請求項5】

請求項４に記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記セパレータの一方の面が前記正極室の内壁を構成する領域を有し、他方の面が前記負極室の内壁を構成する領域を有し、
前記排出工程では、前記セパレータの有する領域の少なくとも一部を前記分離膜として用いることを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。

【請求項6】

請求項５に記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記セパレータの、前記正極室の内壁を構成する領域、および前記負極室の内壁を構成する領域のいずれか一方が、他方の領域と重なり合わない領域を有し、
前記排出工程では、前記重なり合わない領域の少なくとも一部を前記分離膜として用いることを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。

【請求項7】

請求項４から６のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記注入工程では、前記正極室および前記負極室の双方にスラリー状物質を同時期に注入することを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記活物質粒子の少なくとも一部が、導電助剤と高分子とを含んでなる層で被覆されていることを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。

【請求項9】

正極活物質と電解液とを含む正極電極組成物が充填された正極室と、
負極活物質と電解液とを含む負極電極組成物が充填された負極室と、
前記正極室と前記負極室とを区分するセパレータと、
を有し、
さらに、前記正極室および前記負極室のうち少なくとも一方の電極室の内面に配置された、活物質粒子と液体とを分離可能な分離膜を含むことを特徴とするリチウムイオン電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リチウムイオン電池およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン（二次）電池は、高容量で小型軽量な二次電池として、近年様々な用途に多用されている。このようなリチウムイオン電池の製造方法の一例として、シート状の正極および負極集電体にペースト状の正極活物質および負極活物質を塗布して作製した電極を用いる電池の製造方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−２５２３８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ペースト状の正極活物質および負極活物質を塗布して得られる従来の電極を用いる特許文献１に記載の方法で電池を製造する場合、電池性能を確保するには効率良く電極を電池の外装容器に収容する必要があり、そのため電池の形状や製法等に制約を受けるという課題がある。

【0005】

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、電池の形状等に制約を受けることが無く、優れた電池性能を達成できるリチウムイオン電池の製造方法の提供を目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係るリチウムイオン電池の製造方法は、活物質粒子と電解液とを含んでなる電極組成物を収容するための収容部を有する容器の収容部に、活物質粒子と液体を含むスラリー状物質を注入する注入工程と、前記収容部内に設けられ、前記活物質粒子と前記液体とを分離可能な分離膜を通して、前記収容部に注入されたスラリー状物質が含む液体の少なくとも一部を前記収容部から排出する排出工程と、を備えることを特徴とする。

【0007】

ここで、前記液体は電解液または非水溶媒であることが好ましい。また、前記注入工程では、前記収容部に設けられた第一の開口部から前記スラリー状物質を注入し、前記排出工程では、前記収容部に注入された液体の少なくとも一部を前記収容部の前記第一の開口部と異なる位置に設けられた第二の開口部から排出することが好ましい。

【0008】

また、前記収容部は、セパレータで区分された正極室および負極室を有しており、前記注入工程では、前記正極室および前記負極室の少なくとも一方の電極室に前記スラリー状物質を注入し、前記排出工程では、前記一方の電極室から前記液体を排出することが好ましい。

【0009】

また、前記セパレータの一方の面が前記正極室の内壁を構成する領域を有し、他方の面が前記負極室の内壁を構成する領域を有し、前記排出工程では、前記セパレータの有する領域の少なくとも一部を前記分離膜として用いることとしてもよい。

【0010】

さらに、前記セパレータの、前記正極室の内壁を構成する領域、および前記負極室の内壁を構成する領域のいずれか一方が、他方の領域と重なり合わない領域を有し、前記排出工程では、前記重なり合わない領域の少なくとも一部を前記分離膜として用いることとしてもよい。

【0011】

また、前記注入工程では、前記正極室および前記負極室の双方にスラリー状物質を同時期に注入することが好ましい。また、前記活物質粒子の少なくとも一部が、導電助剤と高分子とを含んでなる層で被覆されていることが好ましい。

【0012】

また、本発明に係るリチウムイオン電池は、正極活物質と電解液とを含む正極電極組成物が充填された正極室と、負極活物質と電解液とを含む負極電極組成物が充填された負極室と、前記正極室と前記負極室とを区分するセパレータと、を有し、さらに、前記正極室および前記負極室のうち少なくとも一方の電極室の内面に配置された、活物質粒子と液体とを分離可能な分離膜を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、電池の形状等に制約を受けること無く効率良く電極を収容することで電池性能に優れたリチウムイオン電池を簡便に製造することが出来る。また、粘度の低い状態で活物質を容器内に注入しつつ、活物質内における活物質粒子と電解液の比率を好ましい値に制御することでより優れた電池性能を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るリチウムイオン電池の製造方法を説明するための一部破断斜視図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係るリチウムイオン電池の製造方法を説明するための断面図である。

【図3】本発明の第２の実施形態に係るリチウムイオン電池の製造方法を説明するための斜視図である。

【図4】本発明の第２の実施形態に係るリチウムイオン電池の製造方法を説明するための断面図である。

【図5】本発明の第２の実施形態に係るリチウムイオン電池を製造する際における排出工程を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態に係るリチウムイオン電池、およびその製造方法について、図１および図２を参照して説明する。図１および図２は、本実施形態に係るリチウムイオン電池の製造途中の様子を模式的に示しており、図１が一部破断斜視図、図２が断面図である。

【0016】

本実施形態のリチウムイオン電池の製造方法について説明するに先立って、本実施形態の製造方法により製造されるリチウムイオン電池の構造について、説明する。

【0017】

図１および図２に示すように、本実施形態のリチウムイオン電池は、活物質粒子と電解液とを含んでなる電極組成物を収容する容器１と、この容器１が有する収容部に配置され、当該収容部を正極室２と負極室３とに区分するセパレータ４と、正極室２に充填された正極電極組成物５と、負極室３に充填された負極電極組成物６と、正極室２の内面に配置された正極集電体７と、負極室３の内面に配置された負極集電体８と、を備える。なお、容器１はリチウムイオン電池の外装缶としても機能する。

【0018】

容器１は、図１に示すように、一例として略直方体の形状に形成され、この容器１内部の中空部が収容部とされる。容器１の収容部内には、この収容部内を正極室２と負極室３とに区分する、一例として平板状のセパレータ４が配置されている。すなわち、セパレータ４の一方の面は正極室２の内壁の一部となっており、これと逆側の面は負極室３の内壁の一部となっている。正極室２のセパレータ４と対向する内面には正極集電体７が配置され、同様に負極室３のセパレータ４と対向する内面には負極集電体８が配置されている。

【0019】

さらに、正極室２には正極電極組成物５が、負極室３には負極電極組成物６が、それぞれ充填されている。正極電極組成物５は少なくとも正極活物質粒子と電解液とから構成され、負極電極組成物６は少なくとも負極活物質粒子と電解液とから構成される。

【0020】

ここで、本明細書において、「充填された」とは、正極活物質粒子と電解液とを含んだ正極電極組成物５が正極室２に収容され、また負極活物質粒子と電解液とを含んだ負極電極組成物６が負極室３に収納されている状態を意味し、好ましくは、正極室２または負極室３の中で正極活物質粒子または負極活物質粒子のそれぞれが電解質と混合された状態を意味する。

【0021】

正極電極組成物５を構成する正極活物質粒子としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物（例えばＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎＯ₂およびＬｉＭｎ₂Ｏ₄）、遷移金属酸化物（例えばＭｎＯ₂およびＶ₂Ｏ₅）、遷移金属硫化物（例えばＭｏＳ₂およびＴｉＳ₂）および導電性高分子（例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ−ｐ−フェニレンおよびポリカルバゾール）等が挙げられる。

【0022】

また、負極電極組成物６を構成する負極活物質粒子としては、黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、高分子化合物焼成体（例えばフェノール樹脂およびフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等）、コークス類（例えばピッチコークス、ニードルコークスおよび石油コークス等）、炭素繊維、導電性高分子（例えばポリアセチレンおよびポリキノリン等）、スズ、シリコン、および金属合金（例えばリチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金およびリチウム−アルミニウム−マンガン合金等）およびリチウムと遷移金属との複合酸化物（例えばＬｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂等）等が挙げられる。

【0023】

本発明の電池においては、正極活物質粒子および／または負極活物質粒子が、その表面の少なくとも一部を被覆用樹脂および導電助剤を含む被覆剤で被覆されてなる被覆活物質粒子であることが好ましい。

【0024】

被覆剤は被覆用樹脂を含んでおり、正極活物質粒子および負極活物質粒子の表面が前記被覆剤で被覆されていると、電極の体積変化が緩和され、電極の膨脹を抑制することができる。被覆用樹脂としては、ビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂およびポリカーボネート等が挙げられる。これらの中ではビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂およびポリアミド樹脂が好ましい。

【0025】

導電助剤としては、導電性を有する材料から選択される。

【0026】

導電剤としては、金属［アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）、銀、金、銅およびチタン等］、カーボン［グラファイトおよびカーボンブラック（アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック、単層カーボンナノチューブおよび多層カーボンナノチューブ等）等］、およびこれらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されない。

【0027】

これらの導電助剤は１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用してもよい。また、これらの合金または金属酸化物が用いられてもよい。電気的安定性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、金、銅、チタンおよびこれらの混合物であり、より好ましくは銀、金、アルミニウム、ステンレスおよびカーボンであり、さらに好ましくはカーボンである。またこれらの導電助剤とは、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料（上記した導電助剤の材料のうち金属のもの）をめっき等でコーティングしたものでもよい。

【0028】

導電助剤として導電性繊維を用いることも可能である。導電性繊維としては、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を、導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。これらの導電性繊維の中では炭素繊維が好ましい。

【0029】

被覆活物質粒子は、例えば、正極活物質粒子または負極活物質粒子を万能混合機に入れて３０〜５００ｒｐｍで撹拌した状態で、被覆用樹脂を含む樹脂溶液を１〜９０分かけて滴下混合し、さらに導電助剤を混合し、撹拌したまま５０〜２００℃に昇温し、０．００７〜０．０４ＭＰａまで減圧した後に１０〜１５０分保持することにより得ることができる。

【0030】

本実施形態では、後述するように、活物質粒子と液体とを含むスラリー状物質を正極室２および負極室３に注入して、最終的に正極電極組成物５および負極電極組成物６がそれぞれ正極室２、負極室３に充填された状態とする。スラリー状物質に含まれる液体は、電解液または非水溶媒であることが好ましい。本発明において、前記液体が電解液である場合、活物質を含むスラリー状物質は電解液スラリーといい、前記液体が非水溶媒である場合、活物質を含むスラリー状物質は溶媒スラリーという。

【0031】

前記の電解液スラリーに含まれる電解液としては、リチウムイオン電池の製造に用いられる電解液を使用することができる。

【0032】

前記の電解液に含まれる電解質としては、通常のリチウムイオン電池の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＳｂＦ₆、ＬｉＡｓＦ₆およびＬｉＣｌＯ₄等の無機酸のリチウム塩、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂およびＬｉＣ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃等の有機酸のリチウム塩等が挙げられる。これらの内、電池出力および充放電サイクル特性の観点から好ましいのはＬｉＰＦ₆である。

【0033】

前記の電解液に含まれる非水溶媒および溶媒スラリーに含まれる非水溶媒としては、通常のリチウムイオン電池の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状または鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状または鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン等およびこれらの混合物を用いることができる。

【0034】

前記の非水溶媒は１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

【0035】

非水溶媒のなかでも、電池出力および充放電サイクル特性の観点から好ましいのは、ラクトン化合物、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステルおよびリン酸エステルであり、より好ましいのはラクトン化合物、環状炭酸エステルおよび鎖状炭酸エステルであり、さらに好ましいのは環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルの混合液である。特に好ましいのはプロピレンカーボネート(ＰＣ)、またはエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合液である。

【0036】

セパレータ４としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等、ポリオレフィン製の微多孔膜フィルム、多孔性のポリエチレンフィルムとポリプロピレンとの多層フィルム、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等からなる不織布、およびそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等が挙げられる。

【0037】

集電体７、８としては、金属集電体や樹脂集電体を用いることができる。金属集電体としては、公知の金属集電体を用いることができる。たとえば、金属集電体は、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン、およびこれらの一種以上を含む合金、ならびにステンレス合金からなる群から選択される一種以上からなると好ましい。金属集電体は薄板または金属箔から形成されてもよいし、基材の表面にスパッタリング、電着および塗布等の手法により金属層を形成してもよい。

【0038】

樹脂集電体を構成する高分子材料は、導電性高分子であってもよいし、導電性を有さない高分子であってもよい。

【0039】

高分子材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂およびこれらの混合物等が挙げられる。

【0040】

電気的安定性の観点から、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）およびポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）が好ましく、さらに好ましくはポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）およびポリメチルペンテン（ＰＭＰ）である。

【0041】

また、樹脂集電体は、導電性の高分子材料を含む樹脂集電体の導電性を向上させる目的、あるいは、導電性を有さない高分子材料を含む樹脂集電体に導電性を付与する目的から、導電性フィラーを含んでいると好ましい。導電性フィラーは、導電性を有する材料から選択され、集電体内のイオン透過を抑制する観点から、電荷移動媒体として用いられるイオンに関して伝導性を有さない材料を用いるのが好ましい。具体的には、カーボン材料、アルミニウム、金、銀、銅、鉄、白金、クロム、スズ、インジウム、アンチモン、チタン、ニッケルなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの導電性フィラーは１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用してもよい。また、ステンレス（ＳＵＳ）等のこれらの合金材が用いられてもよい。耐食性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン材料、ニッケル、より好ましくはカーボン材料である。また、これらの導電性フィラーは、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに、上記で示される金属をメッキ等でコーティングしたものであってもよい。

【0042】

樹脂集電体の具体例としては、ポリプロピレンに導電性フィラーとしてアセチレンブラックを５〜２０部分散させた後、熱プレス機で圧延したものが挙げられる。また、その厚みも特に制限されず、公知のものと同様、あるいは適宜変更して適用することができる。

【0043】

次に、図１および図２を参照して、本実施形態のリチウムイオン電池の製造方法について説明する。

【0044】

具体的には、まず容器１が有する電極組成物の収容部内に集電体７、８を配置し、さらにセパレータ４を配置して収容部内を正極室２と負極室３とに区分する。その後、正極室２に正極電極組成物５を充填するとともに、負極室３に負極電極組成物６を充填する。特に本実施形態では、正極室２および負極室３のそれぞれに電極組成物を充填する充填工程が、少なくとも、正極室２および／または負極室３のそれぞれに活物質粒子と液体を含むスラリー状物質を注入する注入工程と、注入工程で注入されたスラリー状物質に含まれる液体の少なくとも一部を分離膜９を通して正極室２および／または負極室３から排出する排出工程と、を含んでいる。

【0045】

この注入工程と排出工程とを実現可能にするために、正極室２の上方には第一の開口部（注入口２ａ）が設けられており、正極室２の注入口２ａと異なる位置［例えば相対する部位、すなわち第一の開口部（注入口２ａ）と逆側（下方）］に第二の開口部（排出口２ｂ）が設けられている。同様に、負極室３にも注入口３ａおよび排出口３ｂが設けられている。これらの注入口２ａ、３ａおよび排出口２ｂ、３ｂは、いずれも容器１の外壁を貫通して容器１の内外を接続する孔である。

【0046】

以下、本実施形態で正極室２に正極電極組成物５を充填する工程について、詳しく説明する。なお、負極室３に負極電極組成物６を充填する工程についても、以下に説明するのと同様の工程によって実現されてよい。

【0047】

まず、正極室２の上方に設けられた注入口２ａから正極活物質粒子と電解液を含んだスラリー状物質を注入する。スラリー状物質を正極室２に注入する手法に限定はなく、スラリー状物質が格納されたタンクからノズル２０を介して正極室２にスラリー状物質を注入する手法など、公知の手法を適用することができる。ここで、正極室２に注入されるスラリー状物質は、その中に含まれる正極活物質粒子の割合が、注入後に電解液の一部を排出して正極室２内に充填された正極電極組成物５に含まれる正極活物質粒子の割合よりも低くなるように調製されている。このため、注入時のスラリー状物質の粘度は、リチウムイオン電池完成時の正極電極組成物５の最終的な粘度と比較して低くなり、スラリー状物質を調製したり正極室２に注入したりする作業時の取り扱いが容易になる。

【0048】

その後、加圧または減圧によって、正極室２に注入されたスラリー状物質に含まれる電解液の一部を排出口２ｂから排出する。図１および図２では、排出口２ｂに排出管２１が挿入されており、この排出管２１経由で電解液が排出される。このとき、活物質粒子が電解液とともに正極室２から排出されてしまうことは好ましくない。そのため、排出口２ｂには活物質粒子と液体とを分離可能な分離膜９が配置される。具体的に、図１および図２では、排出管２１の管内に分離膜９が配置されており、正極室２の内部から排出口２ｂを通って外部に出る際には必ず分離膜９を通過するようになっている。

【0049】

分離膜９は、例えばセパレータ４と同種の素材で形成されたフィルターである。この分離膜９を通過させることによって、スラリー状物質に含まれる活物質粒子を正極室２内に残したまま、スラリー状物質に含まれる電解液だけを正極室２から排出することができる。電解液の一部が正極室２から排出されることによって、正極室２内のスラリー状物質に占める活物質粒子の割合が上昇する。これにより、電池性能の観点から好ましい割合で活物質粒子を含んだ正極活物質５を正極室２内に充填することができる。

【0050】

具体例として、最初に正極室２に注入するスラリー状物質は、活物質粒子並びに導電助剤を電解液の重量に基づいて１〜５０重量％（好ましくは５〜３０重量％）の濃度で分散してスラリー化することにより調製することが好ましい。その後、排出工程を経て調整された後に正極室２に充填されている正極電極組成物５は、導電助剤を含む被覆剤で被覆されてなる被覆活物質粒子を電解液の重量に基づいて３０〜８０重量％（好ましくは３０〜６０重量％）の濃度で含んだ状態とすることが好ましい。

【0051】

なお、上述した排出工程において電解液の一部を正極室２から排出した後、必要に応じて活物質粒子と電解液を含んだスラリー状物質をさらに注入口２ａから注入してもよい。この場合、新たに注入するスラリー状物質に含まれる活物質粒子の割合は、最初に注入するスラリー状物質に含まれる活物質粒子の割合とは異なってもよい。

【0052】

注入工程および排出工程によって正極電極組成物５を正極室２に充填した後は、例えば容器１に振動及び衝撃等を与えるなどして、正極室２内の活物質粒子と電解液とが均一に混合された状態とすることが好ましい。その後、排出管２１を取り外し、正極室２内を減圧脱気して、シール部材等を用いて注入口２ａおよび排出口２ｂを封止する。

【0053】

シール部材を構成する材料としては、電解液に対して耐久性のある材料であれば特に限定されないが、高分子材料、特に熱硬化性樹脂が好ましい。具体的には、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリフッ化ビニデン樹脂等が挙げられ、耐久性が高く取り扱いが容易であることからエポキシ系樹脂が好ましい。

【0054】

前述したように、負極室３内への負極電極組成物６の充填も、以上説明した正極電極組成物５を正極室２に充填する工程と同様の工程によって実現される。すなわち、まず負極活物質粒子と電解液とを含むスラリー状物質を注入口３ａから負極室３内に注入し、次いで、注入されたスラリー状物質に含まれる電解液を、分離膜９を通して排出口３ｂから排出する。その後、負極室３内を減圧脱気し、注入口３ａおよび排出口３ｂを封止する。

【0055】

なお、正極室２内に正極電極組成物５を充填する工程と、負極室３内に負極電極組成物６を充填する工程とは、並行して実行してもよい。特に、正極室２内へのスラリー状物質の注入と、負極室３内へのスラリー状物質の注入とを同時期に実行することによって、セパレータ４に対して一方の側から他方の側に強い圧力がかからないようにすることができ好ましい。

【0056】

以上の工程を経て、本発明の製造方法によるリチウムイオン電池が製造される。リチウムイオン電池の正極室２に充填された正極電極組成物５、および負極室３に充填された負極電極組成物６は、それぞれ、正極室２または負極室３に注入されるスラリー状物質と比較して、粘度が高く、活物質粒子の濃度が高い状態になっている。本実施形態によれば、粘度の低い（液体の占める割合が大きい）状態でスラリー状物質を注入するので、製造時にスラリー状物質を扱いやすくすることができ、正極室２および負極室３の形状にかかわらず容易にスラリー状物質を注入することができる。その後、スラリー状物質に含まれる液体を正極室２および負極室３から排出することで、スラリー状物質に含まれる活物質粒子の割合を好ましい値に調整し、電池性能を向上させることができる。

【0057】

なお、本発明の実施の形態は以上説明したものに限られない。例えば、以上の説明では電解液を含む電解液スラリーを最初に正極室２および負極室３に注入することとしたが、最初に正極室２に注入するスラリー状物質は、正極活物質粒子と非水溶媒を含み、電解質を含まない溶媒スラリーであってもよい。この場合、正極活物質粒子と非水溶媒を含むスラリー状物質を正極室２に注入した後、注入された非水溶媒の大部分を排出口２ｂから排出する。その後さらに、非水溶媒と電解質とを含んだ電解液を、注入口２ａから注入する。このような手順によっても、比較的粘度の低い状態でスラリー状物質を正極室２に注入し、かつ、正極室２内に充填される正極電極組成物５に含まれる電解液と正極活物質粒子の比率を好ましい値に調整することができる。負極室３に負極電極組成物６を充填する際にも、同様に最初の注入工程では溶媒スラリーを注入し、排出工程で非水溶媒を排出した後、あらためて電解液を注入口３ａから注入して負極電極組成物６を充填してもよい。

【0058】

また、以上の説明では分離膜９は排出管２１に固定され、排出工程の終了後に排出管２１とともに取り外されることとした。しかしながら分離膜９は、容器１の排出口２ｂおよび３ｂに対して直接固定され、リチウムイオン電池の完成後も容器１に固定されたまま電池内に残ることとしてもよい。

【0059】

また、以上の説明では容器１は略直方体の形状であることとしたが、これに限らず容器１およびその内部の収容部は各種の形状であってよい。セパレータ４についても、図１および図２に示したような平板状に限らず、種々の形状をとることができる。

【0060】

［第２の実施形態］
次に、図３〜図５を参照して、本発明の第２実施形態であるリチウムイオン電池およびその製造方法について説明する。図３および図４は、本発明の第２実施形態であるリチウムイオン電池の製造途中の様子を模式的に示す図であって、図３は斜視図、図４は断面図である。また、図５は排出工程を説明するための説明図である。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略化する。

【0061】

本実施形態では、第１の実施形態と異なり、セパレータ４の一部の領域を分離膜９として利用する点に特徴がある。これに応じて、正極室２および負極室３に注入されたスラリー状物質に含まれる液体を排出する際の液体の流路が第１の実施形態とは相違している。以下、本実施形態におけるリチウムイオン電池の構造について説明する。

【0062】

本実施形態では、容器１はラミネートパックによって形成されており、製造時にはクランパー２２によって支持される。容器１が有する収容部にはセパレータ４が配置され、これにより収容部が正極室２と負極室３とに区分されている。ここで、正極室２と負極室３はセパレータ４を挟んで一部非対称に形成されている。具体的には、図３に示すように、正極室２の下方に突出部分２ｃが形成されており、この位置で正極室２の深さは対向する負極室３の深さよりも深くなっている。図４は、この位置におけるリチウムイオン電池の断面形状を示している。なお、別の位置では逆に負極室３に突出部分が設けられ、この位置で負極室３の深さが正極室２よりも深くなっている。

【0063】

セパレータ４は、その一方の面が正極室２の内壁を構成する領域を有し、他方の面が負極室３の内壁を構成する領域を有している。セパレータ４の正極室２の内壁を構成する領域と負極室３の内壁を構成する領域とは、その大部分が互いに重なり合っている。しかしながら、正極室２と負極室３とが互いに非対称な形状を有するので、正極室２の内壁を構成する領域のうち、その一部（前述した正極室２の突出部分２ｃに相対する部分）が負極室３の内壁を構成する領域と重なり合わないことになる。同様に、負極室３の内壁を構成する領域も、その一部の領域（負極室３の突出部分に相対する領域）が正極室２の内壁を構成する領域と重なり合わない。セパレータ４の各電極室の内壁を構成する領域のうち、他方の電極室を構成する領域と重なり合わない領域の少なくとも一部は、活物質粒子と液体とを分離可能な分離膜９として機能する。

【0064】

上述の通り、セパレータ４を挟んで正極室２の突出部分２ｃの反対側には、負極室３が存在せず、その代わりに図４に示すように負極集電体８から突出した端子部８ａが対向して配置されている。この端子部８ａは、容器１の外部まで延伸して電極端子を構成している。さらに、容器１と端子部８ａの間には排出管２１が挿入されている。正極集電体７についても、セパレータ４を挟んで負極室３の突出部分と対向する位置に端子部７ａが突出して形成されている。

【0065】

図５は、正極室２の突出部分２ｃ近傍の各部材を模式的に示す部分拡大分解図である。同図に示すように、負極集電体８の突出部分２ｃと相対する位置には複数の孔が設けられており、これらの孔が正極室２から液体を排出する際の排出口２ｂとして機能する。そして、セパレータ４の排出口２ｂと重なる領域が分離膜９として機能する。

【0066】

以下、本実施形態におけるリチウムイオン電池の製造方法について説明する。まず、容器１を形成するラミネート外装材に対して集電体７、８およびセパレータ４を接着し、クランパー２２で支持する。このとき、容器１を形成するラミネート外装材とともにノズル２０、および排出管２１を併せてクランパー２２で支持する。これにより、容器１が有する収容部内に正極室２および負極室３が形成される。

【0067】

その後、正極電極組成物５を正極室２に充填するとともに、負極電極組成物６を負極室３に充填する。以下では、正極電極組成物５を正極室２に充填する工程について、具体的に説明する。

【0068】

まず、正極活物質粒子と液体（電解液、または非水溶媒等）を含むスラリー状物質を、ノズル２０を用いて注入口２ａから正極室２に注入する。この注入工程は、第１の実施形態におけるスラリー状物質の注入工程と同様の手法で実現されてよい。

【0069】

次いで、加圧または減圧によって、正極室２に注入されたスラリー状物質に含まれる液体を、負極集電体８に設けられた排出口２ｂから排出する。この排出工程では、図５においてブロック矢印で示される経路に沿って、スラリー状物質に含まれる液体が排出される。具体的に、正極室２内に注入された液体が、セパレータ４の一部である分離膜９を透過し、負極集電体８に設けられた排出口２ｂ、および排出管２１を通過して容器１の外部に排出される。なお、スラリー状物質に含まれる正極活物質粒子は分離膜９を透過しないので、排出工程では排出されない。

【0070】

その後、必要に応じて注入口２ａからさらにスラリー状物質や電解液を注入してもよい。次いで、ノズル２０、および排出管２１を取り外し、正極室２内を減圧脱気して、シール部材等を用いて注入口２ａおよび排出口２ｂを封止する。

【0071】

なお、負極電極組成物６を負極室３に充填する工程についても、以上説明した正極電極組成物５を正極室２に充填する工程と同様の手順で実現されてよい。また、正極電極組成物５を正極室２に充填する工程と、負極電極組成物６を負極室３に充填する工程とは、並行して実行してもよい。

【0072】

以上説明したように、第２の実施形態では、セパレータ４の一部領域を正極室２および負極室３から液体を排出する際の分離膜として利用する。これにより、セパレータ４とは別に分離膜を用意する必要がなくなる。

【0073】

本実施形態においても、図４に示す容器１の形状は例示に過ぎず、容器１は各種の形状であってよい。また、容器１はラミネート外装材に限らず各種の材料によって形成されたものであってよい。セパレータ４や集電体７、８の形状についても、図示したもの以外の各種の形状であってよい。

【符号の説明】

【0074】

１ 容器
２ 正極室
３ 負極室
２ａ，３ａ 注入口
２ｂ，３ｂ 排出口
４ セパレータ
５ 正極電極組成物
６ 負極電極組成物
７ 正極集電体
８ 負極集電体
９ 分離膜
２０ ノズル
２１ 排出管
２２ クランパー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】