JP2002033114A - 電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、電池の製造方法に関し、例えば非
水系電解質を用いたリチウムイオン二次電池の製造工程
に適用して、従来に比して短い時間により確実に電解質
を充填することができるようにする。 【解決手段】 本発明は、常圧よりも低い低圧の状態か
ら徐々に圧力を増大して常圧よりも高い高圧の状態に加
圧する。また側面の膨張を防止する所定の治具に金属ケ
ースを配置した状態で、少なくとも高圧の状態に保持す
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、電池の製造方法に
関し、例えば非水系電解質を用いたリチウムイオン二次
電池の製造工程に適用することができる。本発明は、常
圧よりも低い低圧の状態から徐々に圧力を増大して常圧
よりも高い高圧の状態に加圧することにより、従来に比
して短い時間により確実に電解質を充填することができ
るようにする。また側面の膨張を防止する所定の治具に
金属ケースを配置した状態で、少なくとも高圧の状態に
保持することにより、金属ケースの変形を防止して、従
来に比して短い時間により確実に電解質を充填すること
ができるようにする。

【０００２】

【従来の技術】従来、リチウムイオン二次電池は、正極
シート材、セパレータ、負極シート材の積層体を巻回し
て円柱形状により電極体を形成し、この電極体を負極缶
に収納して非水系電解質を注入するようになされてお
り、この非水系電解質が電極体の各部に確実に充填する
ように、所定のプロファイルによる加圧、減圧の処理が
繰り返されるようになされている。

【０００３】すなわち図７に断面を取って示すように、
リチウムイオン二次電池１は、金属材料による負極缶２
にセパレータ等による電極体３が収納されて含浸工程に
搬送され、ここで負極缶２の開口側より注入ノズル４が
挿入される。このノズル４は、ゴム等の弾性材により先
端が形成され、電池のくびれた部分であるビード２Ａの
内側壁面に密接するように押圧される。リチウムイオン
二次電池１は、この状態で、このノズル４より電解質５
が注入される。さらにこのノズル４を介して減圧、加圧
の処理が繰り返され、これにより電極体３に十分に電解
質が含浸するようになされている。

【０００４】図１は、この減圧、加圧のプロファイルを
示す特性曲線図である。リチウムイオン二次電池１は、
符号Ｌ１により示すように、吸気系に電解質５が吹き込
まない速度により、常圧から所定の圧力にまで減圧され
た後、減圧された状態で所定時間放置され、これにより
電極体３の隙間に残る空気等が電解質５を介して排気さ
れる。続いてリチウムイオン二次電池１は、ほぼこの吸
排気系の能力により常圧より高い所定の圧力に加圧され
た後、この加圧の状態で所定時間放置され、これにより
電極体３の隙間に電解質５が押し込まれる。続いてリチ
ウムイオン二次電池１は、再び常圧より低い圧力にまで
減圧されて所定時間放置された後、常圧に戻されて所定
時間放置され、これによりノズル内の液滴が負極缶２内
に完全に収容された状態でノズル４が取り外されるよう
になされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで近年、電極体
３においては、電池としての性能の改良により、従来に
比して電解質５が含浸し難くなっている。これに対して
電池の製造工程においては、このような電解質５が含浸
し難い構造の電池についても、短時間で十分に電解質５
を含浸することが求められる。

【０００６】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、従来に比して短い時間により確実に電解質を充填す
ることができる電池の製造方法を提案しようとするもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め請求項１の発明においては、常圧より低い低圧の状態
に減圧して一定時間保持した後、常圧より高い高圧の状
態に加圧して一定時間保持することにより、電解質を含
浸させる電気の製造方法に適用して、低圧の状態から徐
々に圧力を増大させて高圧の状態に設定する。

【０００８】また請求項５の構成においては、金属ケー
スの側面の膨張を防止する所定の治具に金属ケースを配
置した状態で、少なくとも高圧の状態に保持する。

【０００９】請求項１の構成によれば、低圧の状態から
徐々に圧力を増大させて高圧の状態に設定することによ
り、空気等の巻き込みを有効に回避して、電解質が電極
体の内部に含浸する速度に対応するように圧力を増大さ
せて含浸を促進することができ、これにより従来に比し
て短い時間により十分に含浸させることができる。

【００１０】また請求項５の構成によれば、金属ケース
の側面の膨張を防止する所定の治具に金属ケースを配置
した状態で、少なくとも高圧の状態に保持することによ
り、極めて高い圧力による高圧の状態に保持した場合で
も、ケースの変形を防止することができる。これにより
何らケースの変形等の不都合を生じることなく、極めて
高い圧力により含浸を促進させて、従来に比して短い時
間により十分に含浸させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しながら本
発明の実施の形態を詳述する。

【００１２】（１）第１の実施の形態 図１において、符号Ｌ２に示す特性は、従来のプロファ
イルとの対比により本発明の実施の形態に係る含浸工程
のプロファイルを示す特性曲線図である。この実施の形
態において、リチウムイオン二次電池１は、従来と同様
に、ノズル４により電解質５が注入された後、吸気系に
電解質５が吹き込まない速度により、常圧から従来より
低い所定の圧力にまで減圧される。これによりリチウム
イオン二次電池１は、従来に比して十分に電極体３の隙
間に残る空気等が排気される。

【００１３】さらにリチウムイオン二次電池１は、減圧
された状態で従来より短い時間放置され、この放置時間
を短くした分、十分にゆっくりとした速度により徐々に
加圧の状態に切り換えられる。これによりリチウムイオ
ン二次電池１は、電極体３の隙間への空気の巻き込みを
有効に回避して、電解質５が電極体３に含浸する速度に
対応するように、徐々に圧力を増大させる。

【００１４】なお実施の形態においては、このゆっくり
とした加圧の速度を約０．８［ＭＰａ／ｍｉｎ］に設定
したが、好ましくは０．５〜１．０［ＭＰａ／ｍｉｎ］
の範囲の速度により徐々に加圧して好的な結果を得るこ
とができる。

【００１５】さらにこのようにして圧力を増大して、従
来に比して高い圧力まで加圧すると、従来に比して短い
時間、加圧した状態で放置する。さらにその後徐々に常
圧に戻し、これにより急激に常圧に戻すことによる電解
質５の逆流を防止する。

【００１６】リチウムイオン二次電池１は、常圧に戻さ
れると所定時間放置され、これによりノズル内の液滴が
負極缶２内に完全に収容された状態でノズル４が取り外
される。これによりこの実施の形態では、従来に比して
少ないサイクルにより加減圧の処理を繰り返し、従来加
減圧に要していた時間Ｔ１に比して加減圧に要する時間
Ｔ２を約１０秒短縮し、かつ従来に比して十分に含浸で
きるようになされている。

【００１７】すなわち図２は、１０個のサンプルにより
従来のプロファイルによる処理と、この図１に示すプロ
ファイルとの処理を比較する図表である。この比較は、
それぞれ加減圧の処理を繰り返した前後の電極体３の重
量の差分により、電極体３にしみ込んだ電解質の量を計
算し、これを含浸量として示したものであり、ばらつき
は、Ｓである。この場合、平均値は差が無いものの、ば
らつきが少なくなった分、十分に含浸されていることが
判る。

【００１８】またビード付着量とは、加減圧の処理の後
に、ノズル４を除去してビード２Ａに付着した電解質の
量であり、このビードへの電解質の付着がかしめによる
封止箇所からの液漏れ等の原因となるものである。この
ビード付着量については、従来に比して付着量自体、格
段的に少なくなっていることが判る。

【００１９】以上の構成によれば、常圧よりも低い低圧
の状態から徐々に圧力を増大して常圧よりも高い高圧の
状態に加圧することにより、従来に比して短い時間によ
り確実に電解質を充填することができる。

【００２０】またこのとき、高圧の状態から徐々に圧力
を減圧して常圧に復帰させることにより、電解質の逆流
を防止して安定に電解質を充填することができる。

【００２１】またこのとき、高圧の状態から常圧に減圧
した後、常圧で所定時間放置することにより、ノズル内
の液滴が負極缶内に完全に収容された状態でノズルを取
り外すことができ、これによりビード付着による不具合
を防止することができる。また低沸点溶媒の飛散を抑圧
することもできる。

【００２２】（２）第２の実施の形態 図３は、本発明の第２の実施に形態に係る含浸工程に適
用されるリチウムイオン二次電池の治具を示す斜視図で
ある。この含浸工程では、治具１０にリチウムイオン二
次電池１１を配置した状態で電解質を含浸させる。

【００２３】ここでこの実施の形態に係るリチウムイオ
ン二次電池１１は、図４に概略構成を示すように、全体
が偏平の立方体形状により構成される。すなわちリチウ
ムイオン二次電池１１は、断面が矩形形状による凹形状
の金属ケースにより負極缶１２が形成される。リチウム
イオン二次電池１１は、この負極缶１２が薄肉に形成さ
れ、これにより全体の重量を軽くするようになされてい
る。

【００２４】リチウムイオン二次電池１１は、この負極
缶１２に電極体１３、図示しないバネ板等を収納した
後、負極缶１２の開口側に端子板部１４が接合されて開
口側が封止され、この端子板部１４に形成された注液口
１４Ａより図７について上述したと同様のノズルを介し
て電解液が注入される。さらにその後、所定の処理が実
行された後、注液口１４Ａが封止される。

【００２５】治具１０は、所定の金属部材を切削加工し
て作成され、複数の溝１０Ａが繰り返し形成されるよう
になされている。治具１０は、この溝１０Ａに、リチウ
ムイオン二次電池１１を順次整列して配置し、含浸工程
にて電解液を注入し、減圧、加圧を繰り返すようになさ
れている。ここでこれらの溝１０Ａは、負極缶１２の高
さに対応する深さに設定される。これに対して溝１０Ａ
の幅は、リチウムイオン二次電池１１を配列した場合
に、負極缶１２の長辺側の側面がほぼ当接して、この長
辺側側面の膨張を防止できるように、負極缶１２の厚み
に対応する幅に設定されるようになされている。

【００２６】すなわちこのように減圧、加圧を繰り返し
て電解液を含浸する場合にあっては、加圧時の圧力を高
くすることにより、含浸を促すことができ、その分、高
い含浸率により含浸させることができる。

【００２７】しかしながらノズルを注液口１４Ａに押し
当てて加圧する場合には、負極缶１２の膨張を避け得な
い。特に、この実施の形態のように、偏平の負極缶１２
の場合、長手側側面が膨張により著しく変形し、常圧に
戻した後においても、変形が元に戻らないことが判っ
た。これによりこのような変形による製品異常を防止す
る場合には、加圧時の圧力を高くすることが困難にな
る。

【００２８】このためこの実施の形態においては、治具
により負極缶１２の膨張を防止し、高圧力により加圧し
て充分に含浸できるようになされている。

【００２９】図５は、この第２の実施の形態に係る含浸
工程のプロファイルを示す特性曲線図である。この実施
の形態では、始めに減圧して一定時間放置した後、徐々
圧力を増大させて高圧の状態に設定し、所定時間放置す
る。さらに徐々に減圧し、常圧より低い低圧の状態に減
圧して一定時間保持した後、徐々に、常圧の状態に復帰
させて含浸の工程を完了する。これによりこの含浸工程
では、加圧減圧の繰り返しにおいて、減圧から常圧に戻
して含浸工程を完了するようになされ、その分、確実に
含浸できるようになされている。

【００３０】すなわちこのような加圧減圧の繰り返しに
おいて、加圧より常圧に戻して工程を終了する場合、注
液口から液漏れする場合があり、この実施の形態のよう
に、減圧の状態より常圧に戻して工程を終了するように
すれば、このような注液口１４Ａからの液漏れを防止す
ることができる。

【００３１】図６は、この実施の形態による含浸の結果
を示す図表である。この実施の形態によれば、従来に比
して高い圧力により含浸できる分、確実にかつ短い時間
で含浸することができ、また注液口からの液漏れも少な
くすることができる。

【００３２】この第２の実施の形態の構成によれば、側
面の膨張を防止する所定の治具に金属ケースを配置した
状態で、少なくとも高圧の状態に保持することにより、
金属ケースの変形を防止して、従来に比して短い時間に
より確実に電解質を充填することができるようにする。

【００３３】（３）他の実施の形態 なお上述の第１の実施の形態においては、高圧より徐々
に減圧して常圧で一定時間保持する場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、実用上充分な特性を得るこ
とができる場合、高圧よりいっきに常圧に戻し、一定時
間保持するようにしてもよい。

【００００】また上述の第２の実施の形態においては、
長辺側の側面のみ、膨張を防止するように治具を構成す
る場合について述べたが、本発明はこれに限らず、併せ
て短辺側の側面についても、膨張を防止するように治具
を構成してもよい。

【００３４】また上述の実施の形態においては、本発明
をリチウムイオン二次電池の製造工程に適用する場合に
ついて述べたが、本発明はこれに限らず、ニッケル水素
電池等、種々の電池の製造工程に広く適用することがで
きる。

【００３５】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、常圧より
も低い低圧の状態から徐々に圧力を増大して常圧よりも
高い高圧の状態に加圧することにより、従来に比して短
い時間により確実に電解質を充填することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例との対比により本発明の第１の実施の形
態に係る加減圧工程のプロファイルを示す特性曲線図で
ある。

【図２】従来との対比による含浸の説明に供する図表で
ある。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る含浸工程に使
用する治具を示す斜視図である。

【図４】第２の実施の形態に係るリチウムイオン二次電
池を示す分解斜視図である。

【図５】第２の実施の形態に係る加減圧工程のプロファ
イルを示す特性曲線図である。

【図６】第２の実施の形態に係る含浸率を示す図表であ
る。

【図７】電解質の含浸の説明に供する断面図である。

【符号の説明】

１、１１……リチウムイオン二次電池、２、１２……負
極缶、３、１３……電極体、４……ノズル、５……電解
質、１０……治具、１４……端子板部、１４Ａ……注液
口

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】常圧より低い低圧の状態に減圧して一定時
   間保持した後、常圧より高い高圧の状態に加圧して一定
   時間保持することにより、電解質を含浸させる電池の製
   造方法において、 前記低圧の状態から徐々に圧力を増大させて前記高圧の
   状態に設定することを特徴とする電池の製造方法。
2. 【請求項２】前記高圧の状態から徐々に圧力を減圧して
   常圧に復帰させることを特徴とする請求項１に記載の電
   池の製造方法。
3. 【請求項３】前記高圧の状態から常圧に減圧した後、常
   圧で所定時間放置することを特徴とする請求項１に記載
   の電池の製造方法。
4. 【請求項４】前記高圧の状態から常圧に減圧した後、常
   圧で所定時間放置することを特徴とする請求項２に記載
   の電池の製造方法。
5. 【請求項５】所定の金属ケースに電極体を収納した後、
   常圧より低い低圧の状態に減圧して一定時間保持する状
   態と、常圧より高い高圧の状態に加圧して一定時間保持
   する状態とを繰り返すことにより、電解質を前記電極体
   に含浸させる電池の製造方法において、 前記金属ケースの側面の膨張を防止する所定の治具に前
   記金属ケースを配置した状態で、少なくとも前記高圧の
   状態に保持することを特徴とする電池の製造方法。
6. 【請求項６】前記金属ケースが、 断面矩形形状の凹形状であり、 前記治具の膨張を防止する前記側面が、 前記金属ケースの長辺側の側面であることを特徴とする
   請求項５に記載の電池の製造方法。
7. 【請求項７】前記常圧より低い低圧の状態に減圧して一
   定時間保持する状態より、常圧の状態に復帰させて前記
   電解質を前記電極体に含浸させる工程を終了することを
   特徴とする請求項５に記載の電池の製造方法。
8. 【請求項８】前記金属ケースに前記電極体を収納した
   後、開口部を所定の部材により封止し、前記部材に設け
   られた注液口より前記電解質を注入することを特徴とす
   る請求項６に記載の電池の製造方法。