特許 6705205 蓄電装置の製造方法、及び蓄電装置の製造装置

(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】6705205

(24)【登録日】2020年5月18日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】蓄電装置の製造方法、及び蓄電装置の製造装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20200525BHJP

   H01M 10/058 20100101ALI20200525BHJP

   H01M 10/0567 20100101ALI20200525BHJP

   H01M 2/36 20060101ALN20200525BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/04 Z

   H01M10/058

   H01M10/0567

   !H01M2/36 101J

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-33171(P2016-33171)

(22)【出願日】2016年2月24日

(65)【公開番号】特開2017-152194(P2017-152194A)

(43)【公開日】2017年8月31日

【審査請求日】2018年11月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(74)【代理人】

【識別番号】100148013

【弁理士】

【氏名又は名称】中山 浩光

(74)【代理人】

【識別番号】100171583

【弁理士】

【氏名又は名称】梅景 篤

(72)【発明者】

【氏名】金武 史弥

(72)【発明者】

【氏名】南形 厚志

(72)【発明者】

【氏名】水谷 英二

(72)【発明者】

【氏名】秋山 泰有

【審査官】 前田 寛之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０８８２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０３９５８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ １０／００−１０／３９

Ｈ０１Ｍ ２／３６− ２／４０

Ｈ０１Ｍ ２／００− ２／０８

Ｈ０１Ｇ １１／００−１１／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケースと前記ケースに収容された電極組立体と前記ケースの内部の圧力が作動圧力以上になった場合に作動する安全機構とを備える蓄電装置の製造方法であって、
前記ケースの内部空間の容量を測定する測定工程と、
前記ケースに規定量の電解液を注入する注液工程と、
前記測定工程において測定された前記容量に基づいて、前記安全機構を正常に作動させるように前記ケースの内部の前記圧力を調整する調整工程と、
前記調整工程において調整された前記圧力を維持した状態で、前記ケースを封止する封止工程と、
を備え、
前記電極組立体は、電極を含み、
前記電解液は、前記電解液の分解を抑える被膜を、前記電極の表面に形成するための含有物と、前記蓄電装置が過充電状態となった場合に所定量のガスを発生させるガス発生剤と、を含む、蓄電装置の製造方法。

【請求項2】

前記調整工程では、前記容量から算出された過充電状態となった場合の前記圧力が前記作動圧力以上となるように調整する第１調整、及び、前記蓄電装置の通常使用状態において、前記容量から算出された前記蓄電装置の使用期間全体に亘る前記圧力が前記作動圧力を超えないように調整する第２調整の少なくとも一方を行う、請求項１に記載の蓄電装置の製造方法。

【請求項3】

前記電解液が注入された蓄電装置を充放電して活性化する活性化工程をさらに備え、
前記測定工程は、前記活性化工程の後に行われる、請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置の製造方法。

【請求項4】

前記測定工程は、前記注液工程の後に行われ、
前記測定工程では、前記電解液の液面の高さに基づいて、前記容量を測定する、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の蓄電装置の製造方法。

【請求項5】

調整シートを用いて前記電極組立体の厚さを調整する厚さ調整工程をさらに備え、
前記厚さ調整工程は、前記測定工程よりも前に行われる、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の蓄電装置の製造方法。

【請求項6】

前記調整工程では、前記ケースの内部を加圧することによって、前記圧力を調整する、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の蓄電装置の製造方法。

【請求項7】

ケースと前記ケースに収容された電極組立体と前記ケースの内部の圧力が作動圧力以上になった場合に作動する安全機構とを備える蓄電装置の製造装置であって、
前記ケースの内部空間の容量を測定する測定部と、
前記ケースに規定量の電解液を注入する注液部と、
前記測定部によって測定された前記容量に基づいて、前記安全機構を正常に作動させるように前記ケースの内部の前記圧力を調整する調整部と、
前記調整部によって調整された前記圧力を維持した状態で、前記ケースを封止する封止部と、
を備え、
前記電極組立体は、電極を含み、
前記電解液は、前記電解液の分解を抑える被膜を、前記電極の表面に形成するための含有物と、前記蓄電装置が過充電状態となった場合に所定量のガスを発生させるガス発生剤と、を含む、蓄電装置の製造装置。

【請求項8】

前記調整部は、前記容量から算出された過充電状態となった場合の前記圧力が前記作動圧力以上となるように調整する第１調整、及び、前記蓄電装置の通常使用状態において、前記容量から算出された前記蓄電装置の使用期間全体に亘る前記圧力が前記作動圧力を超えないように調整する第２調整の少なくとも一方を行う、請求項７に記載の蓄電装置の製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電装置の製造方法、及び蓄電装置の製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン二次電池等の蓄電装置は、密閉されたケース内に電極組立体及び電解液が収容されている。このような蓄電装置では、充電時に何らかの異常に起因して、通常よりも大きな充電電流が流れてしまい、その結果、過充電状態となることがある。蓄電装置の安全性を確保するために、過充電状態において、ケース内で発生したガスを利用して、電流経路を遮断する電流遮断装置（Current Interrupt Device：ＣＩＤ）を備える蓄電装置が知られている。また、ケース内で発生したガスによりケース内の圧力が過度に上昇すると開弁する安全弁を備える蓄電装置が知られている。このＣＩＤ及び安全弁等の安全機構を正常に作動させるためには、ケース内部の空隙量を一定にすることが考えられる。

【0003】

例えば、特許文献１には、電池缶（ケース）内の空隙量を一定にするために、電解液注入前の電池缶の空隙量を演算し、空隙量に基づいて電解液の注入量を算出し、算出した注入量だけ電解液を電池缶に注入する電池の製造システムが記載されている。

【0004】

ところで、電気化学反応による電解液の過剰な分解を抑えるために、電解液にはビニレンカーボネート（Vinylene Carbonate：ＶＣ）等の添加剤が含まれていることがある。この添加剤によって、電極表面に被膜(Solid Electrolyte Interphase:ＳＥＩ膜)が形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００−９０９５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の製造システムでは、空隙量を一定にするために、電解液の注入量を調整している。このため、電解液の注入量に応じて、電解液に含まれる添加剤の量も変更される。その結果、電極表面に形成されるＳＥＩ膜の厚さが安定しない。ＳＥＩ膜の厚さが薄すぎると、電解液の分解を十分に抑えることができなくなる一方、ＳＥＩ膜の厚さが厚すぎると電極間の電気抵抗が増大してしまう。本技術分野では、安全機構を正確に作動させるとともに、ＳＥＩ膜の厚さを安定化させることが望まれている。

【0007】

本発明は、安全機構の作動精度を向上するとともに、電極表面に形成される被膜の厚さを安定化することが可能な蓄電装置の製造方法、及び蓄電装置の製造装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一側面に係る蓄電装置の製造方法は、ケースとケースに収容された電極組立体とを備える蓄電装置の製造方法である。この製造方法は、ケースの内部空間の容量を測定する測定工程と、ケースに規定量の電解液を注入する注液工程と、測定工程において測定された容量に基づいて、ケースの内部の圧力を調整する調整工程と、調整工程において調整された圧力を維持した状態で、ケースを封止する封止工程と、を備える。電極組立体は、電極を含む。電解液は、電解液の分解を抑える被膜を、電極の表面に形成するための含有物を含む。

【0009】

本発明の別の側面に係る蓄電装置の製造装置は、ケースとケースに収容された電極組立体とを備える蓄電装置の製造装置である。この製造装置は、ケースの内部空間の容量を測定する測定部と、ケースに規定量の電解液を注入する注液部と、測定部によって測定された容量に基づいて、ケースの内部の圧力を調整する調整部と、調整部によって調整された圧力を維持した状態で、ケースを封止する封止部と、を備える。電極組立体は、電極を含む。電解液は、電解液の分解を抑える被膜を、電極の表面に形成するための含有物を含む。

【0010】

これらの蓄電装置の製造方法、及び製造装置では、ケースの内部空間の容量が測定され、測定された容量に基づいて、ケースの内部の圧力が調整された状態でケースが封止される。これにより、例えば、ＣＩＤ及び安全弁等の安全機構を正常に作動させるように、ケースの内部の圧力を調整することができる。また、電解液には、電解液の分解を抑える被膜を、電極の表面に形成するための含有物が含まれており、電極組立体の電極の表面に被膜が形成される。ケースの内部の圧力が調整されるだけで、電解液の注入量は規定量であるので、電極の表面に形成される被膜の厚さに影響を及ぼさない。したがって、安全機構の作動精度を向上するとともに、電極に形成される被膜の厚さを安定化することが可能となる。

【0011】

上記製造方法は、電解液が注入された蓄電装置を充放電して活性化する活性化工程をさらに備えてもよい。測定工程は、活性化工程の後に行われてもよい。この場合、活性化工程において、電極組立体の体積が増加する。この電極組立体の体積増加量にはばらつきが生じる。このため、活性化工程の後にケースの内部空間の容量が測定されることによって、体積増加量のばらつきの影響を受けることなく、内部空間の容量を測定することができる。これにより、ケースの内部の圧力の調整精度を向上することができるので、安全機構の作動精度をさらに向上することが可能となる。

【0012】

測定工程は、注液工程の後に行われてもよい。測定工程では、電解液の液面の高さに基づいて、容量を測定してもよい。この場合、電解液の液面の高さを測定するだけで、ケースの内部空間の容量を測定できる。これにより、測定工程を容易化することができる。

【0013】

上記製造方法は、調整シートを用いて電極組立体の厚さを調整する厚さ調整工程をさらに備えてもよい。調整シートによって電極組立体の厚さを調整した場合でも、ケースの内部の圧力を適宜調整することが可能となる。

【0014】

調整工程では、ケースの内部を加圧することによって、圧力を調整してもよい。調整工程の後にケースの気密検査を行う場合には、ケース内にガスを供給する工程を省略することができ、気密検査に要する時間を短縮することが可能となる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、安全機構の作動精度を向上するとともに、電極表面に形成される被膜の厚さを安定化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】一実施形態に係る蓄電装置の製造方法によって製造される蓄電装置の内部構成の一例を示す断面図である。

【図2】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

【図3】一実施形態に係る蓄電装置の製造方法の工程図である。

【図4】一実施形態に係る蓄電装置の製造装置の概略構成図である。

【図5】図４の調整装置の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

【0018】

図１は、一実施形態に係る蓄電装置の製造方法によって製造される蓄電装置の内部構成の一例を示す断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１及び図２に示される蓄電装置１は、例えばリチウムイオン二次電池といった車載用の非水電解質二次電池として構成されている。

【0019】

蓄電装置１は、例えば略直方体形状をなす中空のケース２と、ケース２内に収容された電極組立体３とを備えている。ケース２は、例えばアルミニウム等の金属によって形成されている。ケース２の内壁面上には、絶縁フィルム（図示せず）が設けられる。ケース２の内部には、例えば非水系（有機溶媒系）の電解液が注液されている。この電解液は、電解質と、溶媒と、添加剤（含有物）と、を含む。電解質は、例えばリチウム塩である。溶媒は、エチレンカーボネート（Ethylene Carbonate：ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（Ethyl MethylCarbonate：ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（Dimethyl Carbonate：ＤＭＣ）、及びジエチルカーボネート（Diethyl Carbonate：ＤＥＣ）等を所定の比率で混合した混合溶媒である。添加剤は、電解液の分解を抑えるための含有物、及びガス発生剤である。添加剤の一部は、蓄電装置１の電池反応によって分解され、後述する負極１２（電極）の負極活物質層１８の表面にＳＥＩ膜（被膜）を形成する。このような添加剤としては、ビニレンカーボネート（ＶＣ）が挙げられる。また、ガス発生剤は、過充電添加剤とも呼ばれ、蓄電装置１が過充電状態となった場合に、ガスを発生させる。

【0020】

電極組立体３では、後述する正極１１の正極活物質層１５、負極１２の負極活物質層１８、及びセパレータ１３が多孔質をなしており、その空孔内に、電解液が含浸されている。ケース２の上面部には、正極端子５と負極端子６とが互いに離間して配置されている。正極端子５は、絶縁リング７を介してケース２に固定され、負極端子６は、絶縁リング８を介してケース２に固定されている。

【0021】

電極組立体３は、正極１１と、負極１２と、正極１１と負極１２との間に配置された袋状のセパレータ１３とによって構成されている。セパレータ１３内には、例えば正極１１が収容される。セパレータ１３内に正極１１が収容された状態で、正極１１と負極１２とがセパレータ１３を介して交互に積層され、図示省略されたテープ等により固定されている。つまり、電極組立体３は、袋状のセパレータ１３に正極１１を収容することにより構成されるセパレータ付き正極１０を有している。

【0022】

一例として、電極組立体３は、セパレータ付き正極１０及び負極１２の下端（正極端子５及び負極端子６と反対側の端部）がケース２の底面に接触するように、ケース２内に収容されている。ケース２の内面上には、絶縁部材（不図示）が配置されている。したがって、この場合には、セパレータ付き正極１０及び負極１２の下端は、絶縁部材を介してケース２の底面に当接する。ただし、セパレータ付き正極１０及び負極１２の下端とケース２の底面との間には、絶縁部材が占める空間以外に微小な隙間が形成されていてもよい。

【0023】

電解液は、蓄電装置１が過充電状態となった場合に、所定のガス量Ｖｇｏｃのガスを発生させるガス発生剤を含む。ガス量Ｖｇｏｃは、ガス発生剤によって発生するガスの大気圧における体積である。このようなガス発生剤としては、ビフェニル、及びシクロへキシルベンゼン等が挙げられる。蓄電装置１は、さらに不図示のＣＩＤ（電流遮断機構）を備えている。ＣＩＤは、ケース２内の気圧である圧力Ｐｃに応じて、蓄電装置１の充電電流（電流経路）を遮断する。ＣＩＤは、例えば、ケース２内部の圧力Ｐｃが作動圧力Ｐｗに達した場合に作動する。ケース２内部の圧力Ｐｃは、蓄電装置１が過充電状態となった場合に、ガス発生剤によってケース２内で発生されたガスによって、ＣＩＤが作動可能となるように設定されている。蓄電装置１は、さらに不図示の安全弁を備えている。安全弁は、ケース２内の圧力Ｐｃが所定の圧力以上になった場合に開弁し、ケース２内のガスを外部に放出するための機構である。本実施形態におけるＣＩＤ及び安全弁は、公知のものと変わらない為、詳細については省略する。

【0024】

続いて、図３を参照して、蓄電装置１の製造方法の工程について説明する。図３は、一実施形態に係る蓄電装置の製造方法の工程図である。図３に示されるように、蓄電装置１の製造方法は、電極製造工程Ｓ０１と、組み立て工程Ｓ０２と、測定工程Ｓ０３と、注液工程Ｓ０４と、活性化・エージング工程Ｓ０５（活性化工程）と、調整工程Ｓ０６と、封止工程Ｓ０７と、を備えている。測定工程Ｓ０３、注液工程Ｓ０４、活性化・エージング工程Ｓ０５、調整工程Ｓ０６、及び封止工程Ｓ０７では、図４に示される蓄電装置１の製造装置５０が用いられる。

【0025】

ここで、図４及び図５を参照して、製造装置５０について説明する。図４は、一実施形態に係る蓄電装置の製造装置の概略構成図である。図５は、図４の調整装置の構成例を示す図である。図４に示される製造装置５０は、蓄電装置１を製造するための装置である。製造装置５０は、電極製造工程Ｓ０１及び組み立て工程Ｓ０２によって準備された蓄電構造体２０を用いて、蓄電装置１を製造する。蓄電構造体２０は、ケース２と、ケース２に収容された電極組立体３と、を備える。製造装置５０は、内部空間測定装置５１（測定部）と、注液装置５２（注液部）と、充放電装置５３と、調整装置５４（調整部）と、封止装置５５と、制御装置５６と、を備えている。

【0026】

内部空間測定装置５１は、ケース２の内部空間の容量を測定するための装置である。内部空間とは、ケース２の内部に形成された空間のうち、ケース２に収容されている電極組立体３等の部品を除いた空間と、電極組立体３中の活物質層の空隙及びセパレータ１３の空隙と、を含む。この内部空間のうち、活物質層の空隙及びセパレータ１３の空隙が、後述の注液工程Ｓ０４において注入される電解液によって充填される。本明細書において、後述の注液工程Ｓ０４が実施される前のケース２の内部空間容量（空隙量）を、「注液前内部空間容量Ｖｏ」と呼び、蓄電装置１が製品として出荷される際のケース２の内部空間容量を、「製品内部空間容量Ｖｐ」と呼ぶ。これらの内部空間容量は、全ての蓄電装置１において一定ではなく、蓄電装置１ごとに異なる。これは、例えば、後述する塗工工程における目付け量のばらつきに起因する。

【0027】

内部空間測定装置５１は、ケース２の内部に所定のガスを供給し、ガスの供給量及びケース２内の圧力Ｐｃの変化に基づいて、注液前内部空間容量Ｖｏを測定する。内部空間測定装置５１によって供給されるガスとしては、例えば、空気、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、及び窒素（Ｎ_２）等が用いられる。電極組立体３に水分が浸入することを低減するために、水分が除去されたガスが用いられてもよい。内部空間測定装置５１は、ガス供給源、圧力計、及び吸引機等を含む。

【0028】

注液装置５２は、ケース２内に規定量の電解液を注入する装置である。注液装置５２は、例えば、電解液を蓄積するタンク、及び電解液を送り出すポンプ等を含む。充放電装置５３は、蓄電構造体２０の初期充放電を行うための装置である。

【0029】

調整装置５４は、内部空間測定装置５１によって測定された注液前内部空間容量Ｖｏに基づいて、ケース２内部の圧力Ｐｃを調整する装置である。調整装置５４は、ケース２にガスを供給することによって、ケース２内部の圧力Ｐｃを加圧し、ケース２からガスを吸引することによって、ケース２内部の圧力Ｐｃを減圧する。

【0030】

図５に示されるように、調整装置５４は、チャンバ４１と、ガス供給源４２と、吸引機４３と、切替バルブ４４と、圧力計４５と、演算装置４６と、を備えている。チャンバ４１は、密閉されており、蓄電構造体２０を収容するための収容空間を形成している。調整装置５４の動作前におけるチャンバ４１内の気圧は例えば大気圧である。蓄電構造体２０は、注液口が開放された状態でチャンバ４１の収容空間に収容される。

【0031】

ガス供給源４２は、チャンバ４１の収容空間に所定のガスを供給するための装置である。ガス供給源４２によって供給されるガスとしては、例えば、空気、ヘリウム、アルゴン、及び窒素等が用いられる。電極組立体３に水分が浸入することを低減するために、水分が除去されたガスが用いられてもよい。吸引機４３は、チャンバ４１の収容空間からガスを吸引するための装置である。吸引機４３は、例えばポンプである。チャンバ４１に収容された蓄電構造体２０では、注液口が開放されているので、チャンバ４１の収容空間の気圧（圧力）とケース２内部の圧力Ｐｃとは略等しくなる。このため、チャンバ４１の収容空間を介して、ケース２内部の圧力Ｐｃを調整等する場合の説明では、チャンバ４１の収容空間の説明を省略することがある。

【0032】

切替バルブ４４は、ガス供給源４２と吸引機４３とを切り替えてチャンバ４１に接続するための装置である。切替バルブ４４は、例えばエアーオペレーションバルブである。圧力計４５は、チャンバ４１の収容空間の圧力、つまりケース２内部の圧力Ｐｃを計測するための装置である。圧力計４５は、計測した圧力を示す圧力情報を演算装置４６に送信する。

【0033】

演算装置４６は、圧力計４５によって計測された圧力に基づいて、ガス供給源４２及び吸引機４３の動作を制御する。具体的には、演算装置４６は、内部空間測定装置５１によって測定された注液前内部空間容量Ｖｏに基づいて、圧力調整量Ｐａを算出する。演算装置４６は、圧力調整量Ｐａに基づいて設定圧力Ｐｓを算出し、圧力Ｐｃが設定圧力Ｐｓとなるように、ガス供給源４２及び吸引機４３を動作させる。圧力計４５によって計測された圧力が設定圧力Ｐｓとなったことに応じて、ガス供給源４２及び吸引機４３を停止させる。

【0034】

封止装置５５は、ケース２の注液口を封止部材で封止するための装置である。封止装置５５は、例えば、リベット機である。封止部材としては、ボルト及びリベット等が用いられる。封止装置５５は、調整装置５４によって調整された圧力Ｐｃを維持した状態でケース２の注液口を封止する。このため、封止装置５５は、チャンバ４１内に設けられている。

【0035】

制御装置５６は、製造装置５０の動作を制御する装置である。制御装置５６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を有するコントローラである。制御装置５６は、内部空間測定装置５１、注液装置５２、充放電装置５３、調整装置５４、及び封止装置５５をそれぞれ制御することによって、蓄電装置１の製造を自動化している。

【0036】

図３に戻って、蓄電装置１の製造方法の各工程を説明する。まず、電極製造工程Ｓ０１が実施される。この電極製造工程Ｓ０１は、以下の混練工程、塗工工程、プレス工程、外観検査工程、減圧乾燥工程、切断工程、及びセパレータ包み工程の各工程を含む。

【0037】

電極製造工程Ｓ０１では、まず、混練工程が実施される。混練工程においては、活物質層の主成分である活物質粒子と、バインダ及び導電助剤等の粒子とを混練機内の溶媒中で混練し、各粒子の分散性がよい電極合剤を製造する。バインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、又はアルコキシシリル基含有樹脂であってもよい。溶媒は、例えばＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）、メタノール、メチルイソブチルケトン等の有機溶媒であってもよく、水であってもよい。導電助剤は、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック及びグラファイト等の炭素系材料である。

【0038】

次いで、塗工工程が実施される。塗工工程では、ロール状に巻かれた帯状の金属箔を繰り出し、その金属箔の表面に、電極合剤を間欠的または連続的に塗布する。電極合剤が塗布された金属箔は、電極合剤の塗布の直後に乾燥炉内を通過する。これにより、電極合剤に含まれる溶媒が乾燥されて除去されると共に、樹脂からなるバインダが活物質粒子同士を結合する。これにより、活物質粒子の間に微細な間隙（空孔）を有する活物質層が形成される。

【0039】

次いで、プレス工程が実施される。プレス工程では、帯状の金属箔の表面に形成された活物質層をロールにより所定の圧力でプレスする。これにより、活物質層が圧縮され、活物質の密度が適切な値に高められる。次いで、外観検査工程が実施される。外観検査工程では、活物質層の表面状態をカメラ等で確認し、良品及び不良品の判定を行う。

【0040】

次いで、減圧乾燥工程が実施される。ここでは、活物質層が形成された帯状の金属箔を、真空乾燥炉内に収容して減圧高温化にて乾燥する。これにより、活物質層に残留するわずかな溶媒を除去する。次いで、切断工程が実施される。切断工程では、打ち抜き機を用いて、活物質層が形成された金属箔を所定の形状に打ち抜くことで、上記の正極１１及び負極１２を形成する。次いで、セパレータ包み工程が実施される。セパレータ包み工程では、正極１１を袋状のセパレータ１３に収容し、セパレータ付き正極１０を得る。

【0041】

続いて、組み立て工程Ｓ０２が実施される。組み立て工程Ｓ０２は、以下の積層工程、厚さ計測工程、厚さ調整工程、タブ溶接工程、収容工程、及び封缶工程の各工程を含む。

【0042】

組み立て工程Ｓ０２では、まず、積層工程が実施される。積層工程では、セパレータ包み工程及び切断工程で得られたセパレータ付き正極１０と負極１２とを交互に順次積層し、積層電極を得る。次いで、厚さ計測工程が実施される。厚さ計測工程では、積層電極を検査装置に搬送し、所定の荷重を加えた状態で、その厚さを計測する。次いで、厚さ調整工程が実施される。厚さ調整工程では、厚さ計測工程の計測結果に応じて、樹脂製の調整シートを積層体に加えて、積層電極の厚さを調整する。

【0043】

次いで、タブ溶接工程が実施される。タブ溶接工程では、正極１１と負極１２とがセパレータ１３を介して積層された積層電極を、テープ等で固定し、一体化する。これにより、電極組立体３を得る。そして、正極１１のタブ１４ｂに導電部材１６を溶接すると共に、負極１２のタブ１７ｂに導電部材１９を溶接する。次いで、収容工程が実施される。収容工程では、例えば一面側が開口する有底の電槽缶に、電極組立体３を収容する。次いで、封缶工程が実施される。封缶工程では、電槽缶の開口に蓋を溶接等で接合し、電槽缶の開口を塞ぐ。これにより、蓄電構造体２０が作製（準備）される。電槽缶及び蓋によって、ケース２が構成される。

【0044】

続いて、測定工程Ｓ０３が実施される。測定工程Ｓ０３では、内部空間測定装置５１を用いて、蓄電構造体２０のケース２の内部空間容量を測定する。本実施形態では、注液前内部空間容量Ｖｏが測定される。内部空間測定装置５１は、ケース２の内部に所定のガスを供給し、ガスの供給量及びケース２内の圧力Ｐｃの変化に基づいて、注液前内部空間容量Ｖｏを測定する。

【0045】

続いて、注液工程Ｓ０４が実施される。注液工程Ｓ０４では、注液装置５２を用いて、蓄電構造体２０のケース２の内部に注液口から規定量の電解液を注入する。ケース２に注入される電解液には、上述のように、電解液の分解を抑えるための添加剤、及び過充電状態でガスを発生させる過充電添加剤（ガス発生剤）が含まれる。そして、注液口が仮封止される。

【0046】

続いて、活性化・エージング工程Ｓ０５が実施される。活性化・エージング工程Ｓ０５では、蓄電構造体２０に充放電装置５３を用いて初期充電を行い、電池として活性な状態にするとともに、負極１２では負極活物質層１８の表面にＳＥＩ膜を形成する。その後、蓄電構造体２０を所定時間及び所定温度で保持するエージングを行い、ＳＥＩ膜を安定させる。

【0047】

続いて、調整工程Ｓ０６が実施される。調整工程Ｓ０６では、調整装置５４を用いて、ＣＩＤ及び安全弁を正常に作動させるために、ケース２内部の圧力Ｐｃを調整する。調整装置５４は、チャンバ４１の収容空間の圧力を調整することによって、圧力Ｐｃを調整する。ＣＩＤは、ケース２内部の圧力Ｐｃが作動圧力Ｐｗになった場合に作動する。安全弁も同様に、ケース２内部の圧力Ｐｃが所定の圧力になった場合に作動する。なお、一般的に、安全弁が作動を開始する圧力は、ＣＩＤが作動を開始する作動圧力Ｐｗよりも高いので、ここでは、作動圧力Ｐｗに対して、ケース２内部の圧力Ｐｃを調整する構成を説明する。以下、第１調整方法及び第２調整方法を説明する。

【0048】

（第１調整方法）
蓄電装置１が過充電状態となった場合に、ガス発生剤によって発生するガス量Ｖｇｏｃは予め定められている。また、圧力Ｐｃの調整が行われなかった場合には、蓄電装置１が出荷される際の未使用の状態（初期状態）である蓄電装置１において、ケース２内部の圧力Ｐｃは初期圧力Ｐ０に設定されるとする。

【0049】

ここで、式（１）に示されるように、過充電状態において、ＣＩＤを正常に作動させるためには、ガス量Ｖｇｏｃによるケース２内部の圧力Ｐｃの増加分ΔＰｐを初期圧力Ｐ０に加算した値が、作動圧力Ｐｗ以上である必要がある。なお、増加分ΔＰｐは、式（１）の左辺第２項に示されるように、製品内部空間容量Ｖｐでガス量Ｖｇｏｃを除算し、その除算結果に大気圧Ｐ_ａｔｍ（０．１ＭＰａ）を乗算することによって得られる。

【数1】

【0050】

製品内部空間容量Ｖｐは、注液前内部空間容量Ｖｏに基づいて算出され得る。具体的には、式（２）に示されるように、製品内部空間容量Ｖｐは、注液前内部空間容量Ｖｏから、注液工程Ｓ０４において注入される電解液の注液量Ｖｉと活性化・エージング工程Ｓ０５における電極組立体３の体積増加量Ｖｅとを減算することによって算出される。

【数2】

【0051】

例えば、初期状態の蓄電装置１において、ケース２の製品内部空間容量Ｖｐが目標容量Ｖｔである場合に、蓄電装置１が過充電状態となった際にケース２内部の圧力Ｐｃが作動圧力Ｐｗに達するとする。つまり、式（３）が成立するとする。この式（３）の左辺第２項は、ケース２の内部空間容量が目標容量Ｖｔである場合のガス量Ｖｇｏｃによるケース２内部の圧力Ｐｃの増加分ΔＰｔを示している。

【数3】

【0052】

上記の関係から、調整工程Ｓ０６では、演算装置４６は、注液前内部空間容量Ｖｏに基づいて、圧力調整量Ｐａを算出する。具体的には、演算装置４６は、式（４）に示されるように、増加分ΔＰｐと増加分ΔＰｔとの差分を圧力調整量Ｐａとして算出する。なお、ガス量Ｖｇｏｃ、目標容量Ｖｔ、注液量Ｖｉ及び体積増加量Ｖｅは、調整装置５４に予め設定されている。

【数4】

【0053】

この圧力調整量Ｐａが正の値であれば、演算装置４６は、設定圧力Ｐｓを初期圧力Ｐ０に圧力調整量Ｐａを加えた圧力とし、圧力Ｐｃが設定圧力Ｐｓとなるように、ガス供給源４２を制御して、チャンバ４１内にガスを供給する。一方、圧力調整量Ｐａが０以下であれば、式（１）が満たされるので、演算装置４６は、圧力調整量Ｐａを０として設定圧力Ｐｓを初期圧力Ｐ０とする。これにより、圧力Ｐｃは初期圧力Ｐ０とされる。

【0054】

例えば、ガス量Ｖｇｏｃが３００ｃｃ、目標容量Ｖｔが３０ｃｃ、注液量Ｖｉが１３０ｃｃ、体積増加量Ｖｅが５ｃｃ、及び注液前内部空間容量Ｖｏが１７０ｃｃであるとすると、圧力調整量Ｐａは０．１４ＭＰａ（＝３００÷３０×０．１−３００÷（１７０−１３０−５）×０．１）となる。このため、圧力Ｐｃが初期圧力Ｐ０に０．１４ＭＰａ加えた圧力となるようにガスをケース２内に供給する。

【0055】

このように、第１調整方法では、製品内部空間容量Ｖｐが目標容量Ｖｔよりも大きい場合に、その分を圧力Ｐｃを大きくすることで相殺している。

【0056】

（第２調整方法）
蓄電装置１が通常使用状態で使用される場合に、蓄電装置１の使用期間全体に亘ってケース２内で発生するガスの大気圧における体積であるガス量Ｖｇｎは予め定められている。蓄電装置１の使用期間とは、蓄電装置１を通常使用状態で使用した場合に、蓄電装置１の使用開始から蓄電装置１が寿命に達するまでの期間を意味する。また、圧力Ｐｃの調整が行われなかった場合には、初期状態の蓄電装置１において、ケース２内部の圧力Ｐｃは初期圧力Ｐ０に設定されるとする。

【0057】

ここで、式（５）に示されるように、通常使用状態において、ＣＩＤを作動させないためには、ガス量Ｖｇｎによるケース２内部の圧力Ｐｃの増加分ΔＰｐｎを初期圧力Ｐ０に加算した値が、作動圧力Ｐｗを超えない必要がある。なお、増加分ΔＰｐｎは、式（５）の左辺第２項に示されるように、製品内部空間容量Ｖｐでガス量Ｖｇｎを除算し、その除算結果に大気圧Ｐ_ａｔｍを乗算することによって得られる。

【数5】

【0058】

例えば、初期状態の蓄電装置１におけるケース２の製品内部空間容量Ｖｐが目標容量Ｖｔｎである場合に、蓄電装置１を通常使用状態で使用して蓄電装置１が寿命に達した際に、ケース２内部の圧力Ｐｃが作動圧力Ｐｗに達するとする。つまり、式（６）が成立するとする。この式（６）の左辺第２項は、ケース２の製品内部空間容量Ｖｐが目標容量Ｖｔｎである場合のガス量Ｖｇｎによるケース２内部の圧力Ｐｃの増加分ΔＰｔｎを示している。

【数6】

【0059】

上記の関係から、調整工程Ｓ０６では、演算装置４６は、注液前内部空間容量Ｖｏに基づいて、圧力調整量Ｐａを算出する。具体的には、演算装置４６は、式（７）に示されるように、増加分ΔＰｔｎと増加分ΔＰｐｎとの差分を圧力調整量Ｐａとして算出する。なお、ガス量Ｖｇｎ、目標容量Ｖｔｎ、注液量Ｖｉ及び体積増加量Ｖｅは、調整装置５４に予め設定されている。

【数7】

【0060】

この圧力調整量Ｐａが正の値であれば、演算装置４６は、設定圧力Ｐｓを初期圧力Ｐ０から圧力調整量Ｐａを差し引いた圧力とし、圧力Ｐｃが設定圧力Ｐｓとなるように、吸引機４３を制御して、チャンバ４１内からガスを吸引する。一方、圧力調整量Ｐａが負の値であれば、式（５）が満たされるので、演算装置４６は、圧力調整量Ｐａを０として設定圧力Ｐｓを初期圧力Ｐ０とする。これにより、圧力Ｐｃは初期圧力Ｐ０とされる。

【0061】

例えば、ガス量Ｖｇｎが９０ｃｃ、目標容量Ｖｔｎが３０ｃｃ、注液量Ｖｉが１３０ｃｃ、体積増加量Ｖｅが５ｃｃ、及び注液前内部空間容量Ｖｏが１６０ｃｃであるとすると、圧力調整量Ｐａは０．０６ＭＰａ（＝９０÷（１６０−１３０−５）×０．１−９０÷３０×０．１）となる。このため、圧力Ｐｃが初期圧力Ｐ０から０．０６ＭＰａ減じた圧力となるようにガスをケース２内から吸引する。

【0062】

このように、第２調整方法では、製品内部空間容量Ｖｐが目標容量Ｖｔｎよりも小さい場合に、その分を圧力Ｐｃを小さくすることで補っている。

【0063】

なお、調整工程Ｓ０６では、上記第１調整方法及び第２調整方法のいずれかが行われてもよく、両方が行われてもよい。第１調整方法及び第２調整方法によって算出された圧力調整量Ｐａが同時に正の値とならないように、目標容量Ｖｔ、目標容量Ｖｔｎ及び作動圧力Ｐｗ等が適宜設定される。

【0064】

続いて、封止工程Ｓ０７が実施される。封止工程Ｓ０７では、封止装置５５を用いて、仮封止を解除し、注液口を封止部材で本封止する。このとき、調整工程Ｓ０６において調整された圧力Ｐｃを維持した状態で、ケース２を封止する。この後、電池としての検査工程等を経て出荷されるが、ここでは省略する。以上のようにして、蓄電装置１が製造される。

【0065】

以上説明したように、蓄電装置１の製造方法、製造装置５０、及び蓄電装置１では、ケース２の注液前内部空間容量Ｖｏが測定され、測定された注液前内部空間容量Ｖｏに基づいて、ケース２内部の圧力Ｐｃが調整された状態でケース２が封止される。これにより、ＣＩＤ及び安全弁等の安全機構を正常に作動させるように、ケース２内部の圧力Ｐｃを調整することができる。つまり、蓄電装置１の初期状態から蓄電装置１が寿命に達するまでに亘って、蓄電装置１の通常使用状態におけるケース２内部の圧力Ｐｃが、ＣＩＤの作動圧力Ｐｗよりも小さく、かつ、蓄電装置１の過充電状態におけるケース２内部の圧力Ｐｃが作動圧力Ｐｗ以上とすることができる。また、蓄電装置１の通常使用状態において、安全弁が作動すること、及び、ケース２が膨張し、他の部品に干渉することを抑制することができる。また、電解液には、電解液の分解を抑えるＳＥＩ膜を、負極１２の表面に形成するための添加剤が含まれており、電極組立体３の負極１２の表面にＳＥＩ膜が形成される。蓄電装置１の製造方法、製造装置５０、及び蓄電装置１では、ケース２内部の圧力Ｐｃが調整されるだけで、電解液の注入量は規定量であるので、負極１２の表面に形成されるＳＥＩ膜の厚さに影響を及ぼさない。したがって、安全機構の作動精度を向上するとともに、負極１２に形成されるＳＥＩ膜の厚さを安定化することが可能となる。

【0066】

また、厚さ調整工程において、調整シートによって積層電極の厚さを調整している。調整シートは樹脂フィルムであるので、正極１１の正極活物質層１５、負極１２の負極活物質層１８、及びセパレータ１３と比較して、空孔率が小さい。このように、厚さ調整工程が実施されることによって、ケース２の内部空間容量にばらつきが生じやすい。このような場合でも、ケース２内部の圧力Ｐｃを適宜調整することによって、安全機構の作動精度を向上することが可能となる。

【0067】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、蓄電装置１は、ＣＩＤ及び安全弁のいずれかを備えていればよい。

【0068】

また、第１調整方法では、圧力調整量Ｐａは、上記式（４）によって正確に算出されなくてもよい。圧力調整量Ｐａは、式（８）を満たし、かつ、式（４）によって算出された値以上であればよい。このような場合でも、ＣＩＤ及び安全弁を正常に作動させるように、ケース２内の圧力Ｐｃを調整することができる。その結果、安全機構の作動精度を向上するとともに、負極１２に形成されるＳＥＩ膜の厚さを安定化することが可能となる。

【数8】

【0069】

また、第２調整方法では、圧力調整量Ｐａは、上記式（７）によって正確に算出されなくてもよい。圧力調整量Ｐａは、式（９）を満たし、かつ、式（７）によって算出された値以上であればよい。このような場合でも、ＣＩＤ及び安全弁を正常に作動させるように、ケース２内の圧力Ｐｃを調整することができる。その結果、安全機構の作動精度を向上するとともに、負極１２に形成されるＳＥＩ膜の厚さを安定化することが可能となる。

【数9】

【0070】

また、上記実施形態では、電極製造工程Ｓ０１及び組み立て工程Ｓ０２によって、蓄電構造体２０が準備されるが、これに限られない。他の工程によって、蓄電構造体２０が準備されてもよい。

【0071】

また、上記実施形態では、測定工程Ｓ０３は、注液工程Ｓ０４の前に実施されるが、組み立て工程Ｓ０２の後で、かつ、調整工程Ｓ０６の前に実施されればよい。いずれの場合でも、調整工程Ｓ０６では、測定工程Ｓ０３において測定されたケース２の内部空間容量に基づいて、圧力調整量Ｐａが算出される。例えば、測定工程Ｓ０３は、注液工程Ｓ０４の後に実施されてもよい。この場合、内部空間測定装置５１は、注液前内部空間容量Ｖｏから注液量Ｖｉを減算した内部空間容量を測定することができる。さらに、測定工程Ｓ０３が注液工程Ｓ０４の後に実施される場合、測定工程Ｓ０３では、内部空間測定装置５１は、ケース２内における電解液の液面の高さを測定し、測定した液面の高さに基づいて、ケース２の内部空間容量を算出してもよい。この場合、電解液の液面の高さを測定するだけで、ケース２の内部空間容量を測定できる。これにより、測定工程Ｓ０３を容易化することができる。

【0072】

また、測定工程Ｓ０３は、活性化・エージング工程Ｓ０５の後に実施されてもよい。この場合、内部空間測定装置５１は、注液前内部空間容量Ｖｏから注液量Ｖｉ及び体積増加量Ｖｅを減算した内部空間容量を測定することができる。活性化・エージング工程Ｓ０５において、電極組立体３の体積は増加するが、この電極組立体３の体積増加量Ｖｅにはばらつきが生じる。このため、測定工程Ｓ０３が活性化・エージング工程Ｓ０５の後に実施されることによって、体積増加量Ｖｅのばらつきの影響を受けることなく、ケース２の内部空間容量を測定することができる。これにより、圧力調整量Ｐａの算出精度を向上することができるので、ケース２内部の圧力Ｐｃの調整精度が向上し、安全機構の作動精度をさらに向上することが可能となる。

【0073】

また、初期圧力Ｐ０を予め大きく設定しておくことによって、調整工程Ｓ０６において算出される設定圧力Ｐｓが大気圧Ｐ_ａｔｍよりも大きくなるようにしてもよい。この場合、調整工程Ｓ０６では、ケース２の内部を加圧することによって、ケース２内部の圧力Ｐｃを調整する。これにより、吸引機４３及び切替バルブ４４が不要となり、調整装置５４の構成を簡単化することが可能となる。また、ガス検出器によってケース２の気密検査を行う場合には、ケース２内にガスを供給する工程を省略することができ、気密検査に要する時間を短縮することが可能となる。

【0074】

また、初期圧力Ｐ０を予め小さく設定しておくことによって、調整工程Ｓ０６において算出される設定圧力Ｐｓが大気圧Ｐ_ａｔｍよりも小さくなるようにしてもよい。この場合、調整工程Ｓ０６では、ケース２の内部を減圧することによって、ケース２内部の圧力Ｐｃを調整する。これにより、ガス供給源４２及び切替バルブ４４が不要となり、調整装置５４の構成を簡単化することが可能となる。

【符号の説明】

【0075】

１…蓄電装置、２…ケース、３…電極組立体、１１…正極、１２…負極、２０…蓄電構造体、５０…製造装置、５１…内部空間測定装置、５２…注液装置、５３…充放電装置、５４…調整装置、５５…封止装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】