JP2001283923A

JP2001283923A - 電池の製造方法

Info

Publication number: JP2001283923A
Application number: JP2000093164A
Authority: JP
Inventors: Toru Oshima; 透大島; Tsumoru Ohata; 積大畠; Hideyuki Ueda; 英之植田; Kiyomi Kouzuki; きよみ神月
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2001-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】ガス発生に起因する電池特性、信頼性の低下
を抑制する電池の製造方法を提供する。【解決手段】発電要素を外装体に収納する工程の後に
外装体内部を真空引きして減圧した上で開口部を封口す
る工程を、発電要素の初期充電を行う工程、発電要素の
エージングを行う工程それぞれの後に、封口部の全部ま
たは一部を開封して収納空間と外部を連通状態する工程
と外装体内部を真空引きして減圧した上で開口部を封口
する工程を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池の製造方法に
関して、特に非水電解質二次電池の製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、民生用電子機器のポータブル化、
コードレス化が急激に進んでいる。現在、これら電子機
器の駆動用電源を担う小型、軽量で高エネルギー密度を
有する電池への要望が高まっている。このような観点か
ら非水系二次電池、とりわけ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電池として、ノート
パソコン、携帯電話、ＡＶ機器などを中心に使用されて
いる。このリチウムイオン二次電池の負極にはリチウム
を吸蔵・放出可能な炭素材料が、正極には層状構造を有
するリチウムと遷移金属との複合酸化物であるＬｉＣｏ
Ｏ₂が使用されている。

【０００３】一般に電池は、電極と電解質の間の化学反
応により、水素ガス等の様々なガスが発生するものがあ
る。特に二次電池では初期充電時に多くのガスが発生す
ることが知られており、例えば、リチウムイオン電池で
は、初期充電時に非水電解液が負極との被膜形成反応に
よって分解し、発電要素の極板間からガスを発生させる
ものがある。上記のガスが電極間に存在すると、電池の
内部抵抗の増大等の現象が発生し、これに起因する電池
容量の減少やサイクル特性等の電池特性の低下につなが
る。

【０００４】初期充電時に発生するガスを外部へ排出す
る方法として、（１）外装体の開口部を上向きにして非
水電解液を注入し、初期充電を行ってガスを外部に排出
した後、開口部を封口する方法と、（２）外装材の封口
部の全部または一部を開封して発生したガスを外部に排
出した後に再封口する方法等が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の製造方法では以下のような課題を有している。

【０００６】上記（１）の方法では初期充電をドライエ
ア雰囲気中で行う必要があるため、製造工程が複雑とな
り、設備コストが高くなるという課題がある。また上記
（１）および（２）の方法では、初期充電で発生したガ
スが大気圧中では発電要素の極板間から十分に抜けきら
ないという課題がある。さらに、充電処理後の電池特性
安定化のために行う保存（以後、エージングという。）
工程でさらにガス発生が認められ、このガスが外装体の
内部に残留して、電池の膨れや電池特性の低下につなが
るという課題がある。

【０００７】また特に、１以上の樹脂層と、１以上の金
属層を有する樹脂／金属積層体で構成される多層ラミネ
ートシートからなる袋状の外装体を用いた場合は、外装
体として金属缶を用いた電池と比較して柔軟であり、発
電要素の極板間に溜まったガスによって生じる極板間の
隙間を抑制する効果が少ないので、容易に電池の変形、
膨れが生じるという課題がある。

【０００８】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、ガス発生に起因した電池の膨張を抑制し
て、電池特性、信頼性に優れた電池の製造方法を提供す
ることを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、発電要素を収納するための収納空間を持つ
外装体に、その外装体の開口部から発電要素を収納空間
に収納する工程と、開口部を通して収納空間を真空引き
により減圧した上で開口部を封口する工程と、発電要素
の初期充電を行った後、封口部の全部または一部を開封
して収納空間と外部を連通状態にする工程と、収納空間
に溜まったガスを外部に排出し、開封した封口部を通し
て収納空間を再度真空引きして減圧した上で開口部を封
口する工程と、発電要素のエージングを行った後、封口
部の全部または一部を開封して収納空間と外部を連通状
態する工程と、収納空間に溜まったガスを外部に排出
し、開封した封口部を通して収納空間を再度真空引きし
て減圧した上で開口部を封口する工程とを有することを
特徴とする電池の製造方法を提供するものである。

【００１０】即ち、発電要素を外装体に収納する工程、
発電要素の初期充電を行う工程、発電要素のエージング
を行う工程それぞれの後に、外装体内部を真空引きして
減圧した上で開口部を封口する工程（以下、減圧封口工
程という。）を有するものである。これにより、ガス発
生に起因する電池特性、信頼性の低下を抑制することが
できる。また、２度にわたって外装体を開封してガスを
排出するので、１回当たりの蓄積可能ガス量を多くでき
るため、初期充電時およびエージング時のガス発生を十
分に行え、ガスを出し切ることができる。

【００１１】また、本発明は、上記の発電要素の初期充
電を行う工程の後の減圧封口工程を省いてもよい。この
方法であれば、初期充電およびエージングで発生しうる
ガスを一度に排出するため、上記発明より製造ラインの
工数を減らすことができ、設備コストを低くすることが
できる。

【００１２】外装体としては、少なくとも１つの樹脂層
と、少なくとも１つの金属層を有する樹脂／金属積層体
で構成される多層ラミネートシートからなる袋状の外装
体であるとよい。これにより、外装体として金属缶を用
いる場合と比較して、熱溶着等の方法により開口部の封
口が容易であり、金属層の存在により、外部の水分等が
電池内部へ浸入することを抑制することができる。ま
た、収納空間に溜まったガスを外部に排出し、開封した
封口部を通して収納空間を真空引きして減圧した上で開
口部を封口することで、電池外部から大気圧が柔軟な多
層ラミネートシートを経由して発電要素を押さえ込み、
ガス発生時に生じた極板間の隙間を抑制することができ
る。

【００１３】さらに、減圧封口工程が３×１０⁴Ｐａ以
下の減圧雰囲気下であるとよい。また、電池の中でも特
に非水電解質二次電池に効果がある。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
図１、図２を用いて説明する。

【００１５】図１は、本発明における製造方法の中で、
減圧封口工程のための製造装置の一例を示す概念図であ
る。図中、１は真空槽、２は真空ポンプ、３は電磁弁で
ある。真空槽１内には、電池ホルダー４と熱溶着シーラ
ー５が設置されている。

【００１６】図２は、本発明の製造方法により作製した
電池の構成を示す概略図である。図中、６は正極、７は
負極、８は多孔質膜、９は正極リード、１０は負極リー
ド、１１は外装体、１２は上シール部、１３は下シール
部、１４は絶縁保護フィルムである。

【００１７】まず、正極６と負極７の間に多孔質膜８を
配置させた発電要素１５を、外装体１１の上シール部１
２から挿入し、正極リード９および負極リード１０が外
装体１１の上シール部１２から突出させるように配置し
た上で、上シール部１１を熱溶着により封口する。

【００１８】ここで、正極６は、正極活物質として、Ｌ
ｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ ₂Ｏ₄、ＬｉＦｅＯ₂
等のリチウム含有遷移金属酸化物を用い、上記正極活物
質と導電材、結着剤等を含有した水系もしくは有機溶剤
系のペーストを集電体（アルミ箔）上に塗布乾燥するこ
とにより形成する。尚、正極６の集電体の端部には、正
極リード９が接続されている。負極７は、負極活物質と
して、リチウムイオンを電気化学的に吸蔵・脱離し得る
カーボン材料、好ましくは、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛
化メソフェーズ小球体等の黒鉛材料を用い、上記負極活
物質と導電材、結着剤等を含有した水系もしくは有機溶
剤系のペーストを集電体（銅箔）上に塗布乾燥すること
により形成する。尚、負極７の集電体の端部には、負極
リード１０が接続されている。多孔質膜８は、ポリエチ
レン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂の微多
孔質膜を用いており、その膜厚は、電池特性、実用信頼
性の観点から、５〜３０μｍが好ましい。外装体１１
は、アルミ箔を中間の１層とし、その内側にポリプロピ
レンフィルムを、外側にポリエチレンテレフタレートフ
ィルムとナイロンフィルムを積層し一体化したアルミラ
ミネート材からなる筒状、且つ、偏平状の袋である。ま
た、絶縁保護フィルム１４は、外装体１１の上シール部
１２を熱溶着等で封口する際に、正負の電極間の電気的
絶縁と電池内部の気密性を確保するために設けた部材で
ある。

【００１９】次に、下シール部１３から所定の電解液を
注入する。電解液としては、エチレンカーボネート（Ｅ
Ｃ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカー
ボネート（ＶＣ）等の環状カーボネート類とジメチルカ
ーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥ
Ｃ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等の鎖状カ
ーボネート類との混合有機溶媒中に、ＬｉＰＦ₆、Ｌｉ
ＣｌＯ₄、ＬｉＢＦ₄等の支持電解質を溶解させた溶液を
使用することができる。

【００２０】発電要素１５を収納し、電解液を注入した
外装体１１を電池ホルダー４に載置して真空槽１を密閉
する。真空ポンプ２と電磁弁３を動作させて真空槽１の
内部を真空引きして減圧し、所定の真空圧になるように
調節する。この際、外装体１１の内部も下シール部１３
を通じて減圧されて、発電要素１５の内部に含まれてい
た空気およびガスが引き抜かれる。次に、熱溶着シーラ
ー５を動作させて下シール部１３を封口した後、真空槽
１を開いて発電要素１５が収納された外装体１１を取り
出す。この後、発電要素１５の初期充電を行う。尚、真
空圧は３×１０ ⁴Ｐａ以下が好ましい。

【００２１】初期充電後、下シール部１３の一部を切断
することで外装体１１を開口し、収納空間に溜まったガ
スを外部に排出し、上記と同様の減圧封口工程で下シー
ル部１３を封口する。この後、発電要素１５のエージン
グを行う。但し、製造ラインの工数を減らすため、初期
充電後、減圧封口工程を省略してエージングを行っても
よい。

【００２２】エージング後、下シール部１３の一部を切
断することで外装体１１を開口し、収納空間に溜まった
ガスを外部に排出し、上記と同様の減圧封口工程で下シ
ール部１３を封口する。

【００２３】

【実施例】以下、実施例により、本発明で得られた効果
を説明する。

【００２４】（実施例１）発明の実施の形態のところで
説明した通りの方法で、減圧封口工程を３回設け電池を
作製した。尚、正極活物質としてＬｉＣｏＯ₂を、負極
活物質として黒鉛材料を、電解液には、エチレンカーボ
ネートとエチルメチルカーボネートとの体積比１：３の
混合溶媒にＬｉＰＦ₆を１．２５モル／リットルの割合
で溶解したものを用いた。また、減圧封口工程における
真空圧は３×１０⁴Ｐａとした。

【００２５】（実施例２）初期充電後の減圧封口工程を
省いた以外は実施例１と同様の製造方法で電池を作製し
た。

【００２６】（実施例３）減圧封口工程における真空圧
を２×１０³Ｐａで行う以外は実施例１と同様の製造方
法で電池を作製した。

【００２７】（実施例４）減圧封口工程における真空圧
を２×１０³Ｐａで行う以外は実施例２と同様の製造方
法で電池を作製した。

【００２８】（比較例１）減圧封口工程における真空圧
を０．１ＭＰａ（大気圧）で行う以外は実施例１と同様
の製造方法で電池を作製した。

【００２９】（比較例２）減圧封口工程における真空圧
を０．１ＭＰａ（大気圧）で行う以外は実施例２と同様
の製造方法で電池を作製した。

【００３０】以上の実施例１〜４および比較例１、２で
得られた電池において、電池の膨れ、電池の内部抵抗、
およびハイレート放電特性について測定を行った。尚、
ハイレート放電特性の条件は、室温（２５℃）において
定電流４２０ｍＡ（０．７Ｃ）で４．２Ｖまで充電した
後、４．２Ｖの定電圧にて２時間充電する。その後、室
温にて１２０ｍＡ（０．２Ｃ）の放電容量で終止電圧が
３．０Ｖになるまで放電させ、放電時間より放電容量を
算出した。また上記同一条件にて充電した各電池を室温
にて１２００ｍＡ（２Ｃ）の放電容量で終止電圧が３．
０Ｖになるまで放電させ、放電時間より放電容量を算出
した。以上得られた測定データより、０．２Ｃでの放電
容量に対する２Ｃでの放電容量の割合（百分率）を算出
し、この値をハイレート放電特性と定義する。

【００３１】

【表１】

【００３２】（表１）から明らかなように、実施例１〜
４の電池では、電池の膨れがなかったのに対して、比較
例１、２では、膨れが生じていることが確認された。ま
た、ハイレート放電特性においても、実施例１〜４では
０．２Ｃでの放電容量に対する２Ｃでの放電容量の割合
が９０％以上なのに対して、比較例１、２では０．２Ｃ
での放電容量に対する２Ｃでの放電容量の割合が７３％
以下であることが確認された。

【００３３】また、比較例１、２においては、いずれも
上記図１で示した減圧封口工程で外装体１１の内部を減
圧していないため、初期充電等で発生したガスが発電要
素１５の極板間に残留し、電池の膨れや電池特性の低下
が発生している。

【００３４】

【発明の効果】以上に説明したように本発明は、発電要
素を外装体に収納する工程、発電要素の初期充電を行う
工程、発電要素のエージングを行う工程それぞれの後
に、外装体内部を真空引きして減圧した上で開口部を封
口することで、ガス発生に起因する電池特性、信頼性の
低下を抑制することができ、その実用上の価値は大なる
ものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における製造方法の中で、減圧封口工程
において使用する製造装置の一例を示す概念図

【図２】本発明の製造方法により作製した電池の構成を
示す概略図

【符号の説明】

１真空槽２真空ポンプ３電磁弁４電池ホルダー５熱溶着シーラー６正極７負極８多孔質膜９正極リード１０負極リード１１外装体１２上シール部１３下シール部１４絶縁保護フィルム１５発電要素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者植田英之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者神月きよみ大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5H011 AA01 AA13 CC02 CC06 CC10 DD13 KK04 5H028 AA01 AA07 BB01 BB02 BB05 BB10 BB14 BB15 CC02 EE01 EE06 EE10 HH09 5H029 AJ11 AJ12 AJ14 AK03 AL06 AL07 AM02 AM03 AM07 BJ04 CJ05 CJ12 CJ14 CJ16 CJ28 DJ02 DJ03 EJ01 EJ12 HJ15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発電要素を収納するための収納空間を持
つ外装体に、その外装体の開口部から発電要素を収納空
間に収納する工程と、開口部を通して収納空間を真空引
きにより減圧した上で開口部を封口する工程と、発電要
素の初期充電を行った後、封口部の全部または一部を開
封して収納空間と外部を連通状態にし、収納空間に溜ま
ったガスを外部に排出し、開封した封口部を通して収納
空間を再度真空引きして減圧した上で開口部を封口する
工程と、発電要素のエージングを行った後、封口部の全
部または一部を開封して収納空間と外部を連通状態に
し、収納空間に溜まったガスを外部に排出し、開封した
封口部を通して収納空間を再度真空引きして減圧した上
で開口部を封口する工程とを有することを特徴とする電
池の製造方法。
【請求項２】開口部を通して収納空間を真空引きによ
り減圧した上で開口部を封口する工程が、発電要素を収
納空間に収納する工程ならびに発電要素の初期充電およ
びエージングを行う工程の２回であることを特徴とする
請求項１に記載の電池の製造方法。
【請求項３】外装体は、少なくとも１つの樹脂層と、
少なくとも１つの金属層を有する樹脂／金属積層体で構
成される多層ラミネートシートからなる袋状の外装体で
あることを特徴とする請求項１に記載の電池の製造方
法。
【請求項４】開封した封口部を通して収納空間を真空
引きにより減圧した上で開口部を封口する工程が３×１
０⁴Ｐａ以下の減圧雰囲気下であることを特徴とする請
求項１に記載の電池の製造方法。
【請求項５】電池が非水電解質二次電池であることを
特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電池の製造
方法。