JP5573812B2 - Battery manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、自身の厚み方向に直交する一対の電極体主平面を有する、扁平状捲回型または積層型の電極体と、この電極体を収容し、一対の電極体主平面にそれぞれ対向する一対のケース内主面を含む一対のケース主壁部を有する電池ケースとを備える電池の製造方法に関する。 The present invention accommodates a flat wound-type or stacked-type electrode body having a pair of electrode body main planes orthogonal to the thickness direction of the electrode body, and each of the electrode bodies facing the pair of electrode body main planes. The present invention relates to a battery manufacturing method including a battery case having a pair of case main walls including a pair of case main surfaces.
従来より、扁平状捲回型または積層型の電極体と、この電極体を収容する電池ケースとを備える電池が知られている。扁平状捲回型または積層型の電極体は、自身の厚み方向に直交する一対の電極体主平面を有し、電池ケースは、これらの電極体主平面にそれぞれ対向する一対のケース内主面を含む一対のケース主壁部を有する。
このような電池の製造過程において、電池に初期充電を行うと、電解液の一部が分解してガスが発生する。その際、電池(その電極体)が厚み方向に圧縮されていないと、発生したガスの一部が電極体から抜けずに、正負極板間に溜まり易くなる。このガスは、正負極板間内で移動し離合集散を繰り返すため、正負極板間には、ガスが接しているために充電できない部分と、電解液に接していて充電できる部分とが現れ、しかも、これらの部分が移動する。このため、正負極板全体について初期充電するのに時間が長く掛かり、製造コストが高くなる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a battery including a flat wound type or stacked type electrode body and a battery case that accommodates the electrode body is known. The flat wound type or laminated type electrode body has a pair of electrode body main planes orthogonal to its own thickness direction, and the battery case has a pair of case main surfaces facing the electrode body main planes, respectively. A pair of case main walls.
In such a battery manufacturing process, when the battery is initially charged, a part of the electrolytic solution is decomposed to generate gas. At that time, if the battery (the electrode body) is not compressed in the thickness direction, a part of the generated gas does not escape from the electrode body and tends to accumulate between the positive and negative electrode plates. Since this gas moves between the positive and negative electrode plates and repeats separation and concentration, a portion that cannot be charged because the gas is in contact between the positive and negative electrode plates and a portion that can be charged by being in contact with the electrolyte solution appear. Moreover, these parts move. For this reason, it takes a long time to initially charge the entire positive and negative electrode plates, and the manufacturing cost increases.
また、初期充電で発生したガスが、正負極板間に局所的に溜まり続ける場合もある。このようにガスが溜まった部分では、充放電反応が十分に進行せず、正負極板内で充放電反応が不均一になるため(反応ムラが生じるため)、電池容量や内部抵抗など電池の特性バラツキが大きくなる。
従って、初期充電を行う際には、電池外の圧縮具を用いて、電池のうち一対のケース主壁部間を挟んで、その一対のケース内主面で一対の電極体主平面をそれぞれ押圧し、電極体をその厚み方向に圧縮することにより、発生したガスが正負極板間に溜まり難くなるようにしていた。
In some cases, the gas generated by the initial charging continues to accumulate locally between the positive and negative electrode plates. In such a portion where gas is accumulated, the charge / discharge reaction does not proceed sufficiently and the charge / discharge reaction becomes uneven in the positive and negative electrode plates (because of uneven reaction), so the battery capacity, internal resistance, etc. Characteristic variation increases.
Therefore, when performing initial charging, a pair of case main wall portions of the battery are sandwiched between the pair of case main walls using a compression tool outside the battery, and the pair of electrode body main planes are respectively pressed by the pair of case main surfaces. Then, by compressing the electrode body in the thickness direction, the generated gas does not easily accumulate between the positive and negative electrode plates.
なお、関連する先行技術文献として、例えば特許文献1〜3が挙げられる。特許文献1には、扁平形状の捲回電極体が入れられた直方体形状の電池ケースのうち、一対の幅広面を両側から挟み込み、その挟み込み方向に電池ケースを押圧する拘束状態で、充電工程やエージング工程を行う旨が記載されている(特許文献1の特許請求の範囲、図2等を参照)。
In addition, as related prior art literature, patent documents 1-3 are mentioned, for example. In
また、特許文献2には、積層型または捲回型の電極群を有する電池において、初回充電工程を実施するよりも前に、電池の厚さ方向の両側に固定板を配置して、この固定板により電池を挟持しておき、初回充電工程等で電池が膨張するのを抑制するのが好ましい旨が記載されている(特許文献2の段落(0053)、図2等を参照)。
また、特許文献3には、初期充放電を行うよりも前に、2枚の拘束板で電池を厚み方向に拘束しておき、初期充放電等で電池の膨張を抑制する旨が記載されている(特許文献2の段落(0024)、図2,5等を参照)。
Further, in Patent Document 2, in a battery having a stacked or wound electrode group, fixing plates are arranged on both sides in the thickness direction of the battery before the initial charging step is performed. It is described that it is preferable to hold the battery between the plates and suppress the expansion of the battery in the initial charging process or the like (see paragraph (0053) of FIG. 2 and FIG. 2).
Patent Document 3 describes that the battery is restrained in the thickness direction by two restraining plates before the initial charge / discharge, and the expansion of the battery is suppressed by the initial charge / discharge or the like. (See paragraph (0024) of FIGS. 2, 5 and 5, etc.).
しかしながら、電池に圧縮具を装着した状態で初期充電を行うとすると、電池を量産するにあたって、多くの圧縮具が必要となる。また、圧縮具は、適切な圧縮力を発生し維持できるように、一般に金属製とされ、重くならざるを得ない。このため、電池に圧縮具を装着した状態で初期充電を行えるようにするには、その重量に耐え得る設備が必要となる。このため、生産設備のコストが高くなるという問題があった。 However, if initial charging is performed in a state in which the compression tool is mounted on the battery, many compression tools are required for mass production of the battery. In addition, the compression tool is generally made of metal and must be heavy so that an appropriate compression force can be generated and maintained. For this reason, in order to be able to perform initial charging in a state where the compression tool is attached to the battery, a facility capable of withstanding the weight is required. For this reason, there existed a problem that the cost of production equipment became high.
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、初期充電の際に発生したガスが電極体の正負極板間に溜まるのを防止または抑制できると共に、生産設備のコストを低くできる電池の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the current situation, and can prevent or suppress the gas generated during the initial charging from accumulating between the positive and negative electrode plates of the electrode body, and can reduce the cost of production equipment. It aims at providing the manufacturing method of.
上記課題を解決するための本発明の一態様は、自身の厚み方向に直交する一対の電極体主平面を有する、扁平状捲回型または積層型の電極体と、前記電極体を収容し、一対の前記電極体主平面にそれぞれ対向する一対のケース内主面を含む一対のケース主壁部を有する電池ケースと、を備える電池の製造方法であって、前記電極体が収容された前記電池ケースの内圧を、大気圧Paよりも減圧された内圧Pbとした上で、前記電池ケースを気密に封止する減圧封止工程と、前記減圧封止工程の後、前記電池について初期充電を行う初期充電工程と、を備え、前記減圧封止工程は、電池外の圧縮具で前記電池のうち一対の前記ケース主壁部間を挟んで、一対の前記ケース内主面で一対の前記電極体主平面の全面を押圧して、前記電極体を前記厚み方向に圧縮した状態で行い、前記初期充電工程は、電池外の部材で前記ケース主壁部を押圧することなく、前記電池ケースの内外の気圧差により一対の前記ケース内主面で一対の前記電極体主平面の全面を押圧して、前記電極体を前記厚み方向に圧縮した状態で行う電池の製造方法である。 One aspect of the present invention for solving the above problems is a flat wound type or laminated type electrode body having a pair of electrode body main planes orthogonal to its thickness direction, and the electrode body, A battery case having a pair of case main walls including a pair of case main walls opposed to the pair of electrode body main planes, respectively, wherein the battery contains the electrode body The internal pressure of the case is set to an internal pressure Pb that is reduced from the atmospheric pressure Pa, and the battery case is hermetically sealed, and after the reduced pressure sealing step, the battery is initially charged. An initial charging step, wherein the decompression sealing step sandwiches a pair of case main wall portions of the battery with a compression tool outside the battery, and a pair of the electrode bodies on the pair of main surface in the case Pressing the entire main surface, the electrode body is The initial charging step is performed in a state compressed in the direction without pressing the case main wall portion with a member outside the battery, and a pair of the case inner main surfaces due to a difference in atmospheric pressure inside and outside the battery case. In this battery manufacturing method, the entire electrode body main plane is pressed to compress the electrode body in the thickness direction.
この電池の製造方法において、減圧封止工程では、圧縮具により、電池のうち一対のケース主壁部間を挟んで、その一対のケース内主面で一対の電極体主平面の全面をそれぞれ押圧し、電極体をその厚み方向に圧縮する。これにより、電極体主平面の全面が均一に押圧され、電極体がその厚み方向に均一に圧縮された状態(均一圧縮状態)となる。そして、この状態を保ちつつ、電池ケース内を内圧Pbに減圧して封止する。すると、封止後の電池では、電池ケース内が負圧となるので、封止後に圧縮具を取り外しても、電池ケースの内外の気圧差によって、電極体が厚み方向に均一に圧縮された均一圧縮状態を維持できる。 In this method for manufacturing a battery, in the decompression and sealing step, the entire surface of the pair of electrode body main planes is pressed by the compression tool in the pair of case main walls across the pair of case main wall portions of the battery. Then, the electrode body is compressed in the thickness direction. Thereby, the entire surface of the electrode body main plane is uniformly pressed, and the electrode body is uniformly compressed in the thickness direction (uniform compression state). And while maintaining this state, the inside of the battery case is reduced to the internal pressure Pb and sealed. Then, in the battery after sealing, the inside of the battery case becomes negative pressure, so even if the compression tool is removed after sealing, the electrode body is uniformly compressed in the thickness direction due to the pressure difference between the inside and outside of the battery case. The compressed state can be maintained.
このため、その後、圧縮具など電池外の部材でケース主壁部を押圧することなく、初期充電を行っても、電池ケースの内外の気圧差によりケース内主面で電極体主平面の全面を押圧して電極体を厚み方向に圧縮した状態で、初期充電を行うことができる。従って、初期充電工程を行った際にガスが発生しても、このガスが正負極板間に溜まるのを防止または抑制できる。よって、初期充電に要する時間を短くでき、製造コストを低くできると共に、電池容量や内部抵抗など電池の特性バラツキが小さい電池を製造できる。一方、初期充電工程で圧縮具を用いなくて済むので、量産に要する圧縮具の数量を少なくできる、初期充電工程のための設備を簡素化できるなど、生産設備のコストを低くできる。 For this reason, after that, even if initial charging is performed without pressing the case main wall with a member outside the battery such as a compression tool, the entire main surface of the electrode body on the main surface inside the case due to the pressure difference inside and outside the battery case. Initial charging can be performed in a state where the electrode body is pressed and compressed in the thickness direction. Therefore, even if gas is generated during the initial charging step, it is possible to prevent or suppress the gas from accumulating between the positive and negative electrode plates. Therefore, the time required for initial charging can be shortened, the manufacturing cost can be reduced, and a battery with small variations in battery characteristics such as battery capacity and internal resistance can be manufactured. On the other hand, since it is not necessary to use a compression tool in the initial charging process, the number of the compression tools required for mass production can be reduced, and the equipment for the initial charging process can be simplified.
更に、上記の電池の製造方法であって、前記初期充電工程の後、前記電池についてエージングを行うエージング工程を備え、前記エージング工程は、電池外の部材で前記ケース主壁部を押圧することなく、前記電池ケースの内外の気圧差により一対の前記ケース内主面で一対の前記電極体主平面の全面を押圧して、前記電極体を前記厚み方向に圧縮した状態で行う電池の製造方法とすると良い。 Furthermore, the battery manufacturing method includes an aging process for aging the battery after the initial charging process, the aging process without pressing the case main wall with a member outside the battery. A battery manufacturing method in which the electrode bodies are compressed in the thickness direction by pressing the entire surface of the pair of electrode body main planes with a pair of main surface in the case by a pressure difference between inside and outside of the battery case; Good.
電池にエージングを行っている際にもガスが発生し得る。この場合も、電極体が厚み方向に圧縮されていないと、前述と同様、ガスの一部が正負極板間に溜まり易くなる。しかし、電池に圧縮具を装着した状態でエージングを行うとすると、エージングの期間中(例えば数日〜数十日程度にわたり)、圧縮具が必要になる。このため、特に多くの圧縮具が必要となる。また、エージングを行う設備も圧縮具の重量に耐え得る設備が必要となる。従って、生産設備のコストが特に高くなる。 Gas can also be generated during aging of the battery. Also in this case, if the electrode body is not compressed in the thickness direction, a part of the gas is likely to accumulate between the positive and negative electrode plates as described above. However, if aging is performed with the compression tool mounted on the battery, the compression tool is required during the aging period (for example, over several days to several tens of days). For this reason, especially many compression tools are needed. In addition, equipment that can withstand the weight of the compression tool is also required for aging. Therefore, the cost of production equipment is particularly high.
これに対し、この電池の製造方法では、前述の減圧封止工程を行うことで、封止後の電池では、電池ケースの内外の気圧差によって、電極体が厚み方向に均一に圧縮された均一圧縮状態を維持できる。このため、圧縮具など電池外の部材でケース主壁部を押圧することなく、エージングを行っても、電池ケースの内外の気圧差によりケース内主面で電極体主平面の全面を押圧して電極体を厚み方向に圧縮した状態で、エージングを行うことができる。従って、エージング工程を行った際にガスが発生しても、このガスが正負極板間に溜まるのを防止または抑制できる。よって、電池容量や内部抵抗など電池の特性バラツキが小さい電池を製造できる。一方、エージング工程で圧縮具を用いなくて済むので、量産に要する圧縮具の数量を少なくできる、エージング工程のための設備を簡素化できるなど、生産設備のコストを低くできる。
なお、「エージング」とは、所定の充電状態、所定のエージング温度で、所定のエージング時間、電池を安置する処理を指す。
On the other hand, in this battery manufacturing method, the electrode body is uniformly compressed in the thickness direction by the pressure difference between the inside and outside of the battery case in the sealed battery by performing the above-described decompression sealing step. The compressed state can be maintained. For this reason, even if aging is performed without pressing the case main wall with a member outside the battery such as a compression tool, the entire main surface of the electrode body is pressed on the main surface inside the case due to the pressure difference inside and outside the battery case. Aging can be performed with the electrode body compressed in the thickness direction. Therefore, even if a gas is generated during the aging process, the gas can be prevented or suppressed from accumulating between the positive and negative electrode plates. Therefore, a battery with small variations in battery characteristics such as battery capacity and internal resistance can be manufactured. On the other hand, since it is not necessary to use a compression tool in the aging process, the cost of production equipment can be reduced, for example, the quantity of the compression tool required for mass production can be reduced, and the equipment for the aging process can be simplified.
“Aging” refers to a process of placing a battery in a predetermined charging state and a predetermined aging temperature for a predetermined aging time.
更に、上記のいずれかに記載の電池の製造方法であって、前記減圧封止工程は、前記圧縮具により、前記電極体主平面に掛かる圧力Poが75kPa以上となる力で前記電池を挟み、前記内圧Pbを、大気圧Paを基準としたゲージ圧表記で−75kPa以下とする電池の製造方法とすると良い。 Furthermore, in the battery manufacturing method according to any one of the above, the decompression sealing step sandwiches the battery with a force at which a pressure Po applied to the electrode body main plane is 75 kPa or more by the compression tool. It is preferable that the internal pressure Pb is a battery manufacturing method in which the gauge pressure is expressed as not more than −75 kPa in terms of the atmospheric pressure Pa.
圧縮具によって電極体主平面に掛かる圧力Poを75kPa以上とすることで、電極体が厚み方向に十分に圧縮された状態とすることができる。そして、内圧Pbを−75kPa以下として電池ケースを気密封止することで、封止後の電池ケースの内外の気圧差が十分に大きくなり、封止後の電池においても、電極体が厚み方向に十分に圧縮された状態とすることができる。従って、初期充電工程やエージング工程の際にガスが正負極板間に溜まるのをより効果的に防止できる。
なお、本明細書では、原則として、内圧Pb等を、絶対真空を基準(零点)とした絶対圧ではなく、大気圧を基準(零点)としたゲージ圧で記載する。
By setting the pressure Po applied to the electrode body main plane by the compression tool to 75 kPa or more, the electrode body can be sufficiently compressed in the thickness direction. Then, the battery case is hermetically sealed with an internal pressure Pb of −75 kPa or less, so that the pressure difference between the inside and outside of the battery case after sealing becomes sufficiently large, and even in the battery after sealing, the electrode body is in the thickness direction. It can be in a fully compressed state. Therefore, it is possible to more effectively prevent gas from accumulating between the positive and negative electrode plates during the initial charging process and the aging process.
In this specification, as a general rule, the internal pressure Pb and the like are described not by an absolute pressure based on an absolute vacuum (zero point) but by a gauge pressure based on an atmospheric pressure (zero point).
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1及び図2に、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池100(以下、単に電池100とも言う)を示す。また、図3に、この電池100を構成する扁平状捲回型の電極体120を示す。なお、図1及び図2における上方を電池100の上側、下方を電池100の下側として説明する。また、本実施形態では、電池100並びにこれを構成する電池ケース110及び電極体120の厚み方向をBH、幅方向をCH、高さ方向をDHとして説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show a lithium ion secondary battery 100 (hereinafter also simply referred to as a battery 100) according to the present embodiment. FIG. 3 shows a flat
この電池100は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両や、ハンマードリル等の電池使用機器に搭載される角型電池である。この電池100は、直方体形状の電池ケース110、この電池ケース110内に収容された扁平状捲回型の電極体120、電池ケース110に支持された正極端子150及び負極端子160等から構成されている(図1及び図2参照)。また、電池ケース110内には、非水系の電解液117が保持されている。
The
このうち電池ケース110(図1及び図2参照)は、金属(具体的にはアルミニウム)により形成されている。この電池ケース110は、ケース上壁部110aと、これに平行なケース下壁部110bと、これらの間を結ぶ4つのケース側壁部(第1ケース側壁部110c、第2ケース側壁部110d、第3ケース側壁部110e及び第4ケース側壁部110f)とからなる直方体形状をなす。
Of these, the battery case 110 (see FIGS. 1 and 2) is formed of metal (specifically, aluminum). The
4つのケース側壁部のうち、第1ケース側壁部110c及び第2ケース側壁部110dは、互いに平行に位置し、幅広で(幅方向CHの寸法が大きく)最も面積の大きいケース壁部であり、前述の一対のケース主壁部に相当する。また、第1ケース側壁部110cのうち、電池内部に位置する第1ケース内側面110cn、及び、第2ケース側壁部110dのうち、電池内部に位置する第2ケース内側面110dnが、前述の一対のケース内主面に相当する。第1,第2ケース側壁部110c,110dは、その周縁部110cm,110dmを除く中央平面部110cg,110dgが、それぞれ厚み方向BHに電池内部側に凹んで電池内部側に位置している。
また、残りの第3ケース側壁部110e及び第4ケース側壁部110fは、互いに平行に位置し、幅狭で(幅方向CHの寸法が小さく)面積の小さいケース壁部である。
Among the four case side wall portions, the first case
The remaining third case
この電池ケース110は、ケース本体部材111とケース蓋部材113とから構成されている。このうちケース本体部材111は、前述のケース下壁部110b及び4つのケース側壁部110c,110d,110e,110fからなり、上側のみが開口した箱状をなす。また、ケース蓋部材113は、前述のケース上壁部110aからなる矩形板状であり、ケース本体部材111の開口111hを閉塞する形態で、ケース本体部材111に溶接されている。
The
ケース蓋部材113には、その長手方向の中央付近に、電池ケース110の内圧が所定圧力に達した際に破断する非復帰型の安全弁113vが設けられている。
また、ケース蓋部材113のうち、この安全弁113vの近傍には、電解液117を電池ケース110内に注入するために用いられる注液孔113hが、ケース蓋部材113を貫通する形態で設けられている。この注液孔113hは、後述するように、電池ケース110内が大気圧Pa(=0kPa)よりも減圧された状態(負圧状態)で、封止部材115により気密に封止されている。この封止部材115は、電池ケース110の材質と同じ材質(具体的にはアルミニウム)からなる円板状をなし、注液孔113hを電池外部から覆う形態で、ケース蓋部材113に固着(具体的には溶接)されている。
The
Further, in the
また、ケース蓋部材113には、それぞれ電池ケース110の内部から外部に延出する形態の通電端子部材151からなる正極端子150及び負極端子160が固設されている。具体的には、正極端子150及び負極端子160は、これらにバスバーや圧着端子など電池外の端子を締結するためのボルト153,153と共に、樹脂からなる絶縁部材155,155を介して、ケース蓋部材113に固設されている(図2参照)。
In addition, the
次に、扁平状捲回型の電極体120について説明する(図2及び図3参照)。この電極体120は、絶縁フィルムを上側のみが開口した袋状に形成した絶縁フィルム包囲体119内に収容され、横倒しにした状態で電池ケース110内に収容されている(図2参照)。この電極体120は、扁平状をなし、その厚み方向BHに直交し、互いに平行で平面状をなす一対の電極体主平面(第1電極体主平面120c及び第2電極体主平面120d)と、これらを結び半円筒状をなす一対の半円筒面(第1半円筒面120a及び第2半円筒面120b)とを有する。
Next, the flat
このうち第1電極体主平面120cは、電池ケース110のうち第1ケース側壁部110cの第1ケース内側面(ケース内主面)110cnに対向し、第2電極体主平面120dは、第2ケース側壁部110dの第2ケース内側面(ケース内主面)110dnに対向している。また、第1半円筒面120aは、ケース上壁部110a側に位置し、第2半円筒面120bは、ケース下壁部110b側に位置している。
Among these, the first electrode body
この電極体120は、帯状の正極板121と帯状の負極板131とを、多孔質膜からなる帯状の2枚のセパレータ141,141を介して互いに重ねて捲回し、扁平状に圧縮したものである(図3参照)。正極板121の幅方向の一部は、セパレータ141から軸線AX方向(電池100等の幅方向CH)の一方側ACに渦巻き状をなして突出しており、前述の正極端子150と接続している(図2参照)。また、負極板131の幅方向の一部は、セパレータ141から軸線AX方向(電池100等の幅方向CH)の他方側ADに渦巻き状をなして突出しており、前述の負極端子160と接続している(図2参照)。
This
次いで、上記電池100の製造方法について説明する。
まず、安全弁113v及び注液孔113h等を形成したケース蓋部材113と、通電端子部材151,151と、ボルト153,153とを用意し、これらを射出成形用の金型にセットする。そして、射出成形により絶縁部材155,155を一体的に成形して、ケース蓋部材113に正極端子150及び負極端子160を固設する(図1及び図2参照)。
Next, a method for manufacturing the
First, a
次に、別途形成した電極体120に、正極端子150及び負極端子160をそれぞれ接続(溶接)する。また、ケース本体部材111及び絶縁フィルム包囲体119を用意し、ケース本体部材111内に絶縁フィルム包囲体119を介して電極体120を収容すると共に、ケース本体部材111の開口111hをケース蓋部材113で塞ぐ。そして、レーザ溶接によりケース本体部材111とケース蓋部材113とを溶接して、電池ケース110を形成する(図1及び図2参照)。
Next, the
次に、この電池100を真空チャンバ内に入れて真空チャンバ内を減圧する。そして、注液用ノズルを注液孔113h内に挿入して、注液用ノズルから電池ケース110内に電解液117を注液する。注液後は、真空チャンバ内を大気圧に戻して、この電池100を真空チャンバから取り出す。
Next, the
次に、減圧封止工程を行う。即ち、まず、電池外の圧縮具200を用意し、これを電池100に装着する(図4及び図5参照)。なお、図4,図5及び後述する図6においては、正極端子150、負極端子160等の図示を省略してある。
この圧縮具200は、金属(具体的にはアルミニウム)からなる2枚の拘束板(第1拘束板210及び第2拘束板220)と、これらの拘束板210,220を連結するための4つのボルト231,231,…及びナット233,233,…とを有する。
Next, a reduced pressure sealing process is performed. That is, first, a
The
第1拘束板210は、板状部211と圧縮部213とからなる。このうち板状部211は、電池ケース110のケース主壁部(第1,第2ケース側壁部110c,110d)及び第1,第2ケース内主面110cn,110dnよりも、幅方向CH及び高さ方向DHの寸法がそれぞれ大きくされた矩形板状をなす。一方、圧縮部213は、ケース主壁部(第1,第2ケース側壁部110c,110d)及び第1,第2ケース内主面110cn,110dnよりも、幅方向CH及び高さ方向DHの寸法がそれぞれ小さく、かつ、第1,第2電極体主面120c,120dよりも、幅方向CH及び高さ方向DHの寸法がそれぞれ大きくされた矩形板状をなす。同様に、第2拘束板220も、板状部221と圧縮部223とからなる。
The
この圧縮具200は、次のようにして電池100に装着する(図4及び図5参照)。即ち、第1拘束板210の圧縮部213を、第1ケース側壁部110cに当接させると共に、第2拘束板220の圧縮部223を、第2ケース側壁部110dに当接させて、電池100のうち第1ケース側壁部110cと第2ケース側壁部110dとの間を挟む。その際、圧縮部213の外周縁213fと第1ケース側壁部110cの外周縁110cfとの間、及び、圧縮部223の外周縁223afと第2ケース側壁部110dの外周縁110dfとの間に、それぞれ所定の間隔ができるように位置合わせをして、第1,第2拘束板210,220を電池100に配置する。
The
その後、ボルト231,231,…及びナット233,233,…の締結により、第1拘束板210と第2拘束板220との間隔を狭めていき、第1,第2拘束板210,220の圧縮部213,223により第1,第2ケース側壁部110c,110dをそれぞれ厚み方向BHに電池内部側に凹ませて塑性変形させる。この塑性変形により、第1,第2ケース側壁部110c,110dには、それぞれ電池内部側に位置する中央平面部110cg,110dgと、それらの周囲をなす周縁部110cm,110dmとが形成される。これと共に、第1,第2ケース側壁部110c,110dのうち中央平面部110cg,110dgの第1,第2ケース内主面110cn,110dnが、電極体120の第1,第2電極体主平面120c,120dの全面をそれぞれ押圧して、電極体120(詳細には、電極体120のうち第1,第2電極体主平面120c,120d間の部分)をその厚み方向BH(図4中、上下方向)に圧縮する。
After that, by fastening
ボルト231,231,…及びナット233,233,…の締め付け具合は、第1,第2電極体主平面120c,120dに掛かる圧力Poがそれぞれ75kPa以上(具体的には80kPa)となる力で、第1,第2拘束板210,220の圧縮部213,223が電池100を挟むように調整する。このようにして圧縮具200で電池100を挟むことにより、第1,第2電極体主平面120c,120dの全面がそれぞれ均一に押圧され、電極体120(そのうちの第1,第2電極体主平面120c,120d間の部分)が厚み方向BHに均一に圧縮された状態(均一圧縮状態)となる。
The
次に、この圧縮具200を装着した電池100を、真空チャンバ内に入れて真空チャンバ内を減圧する。本実施形態では、電池ケース110内の内圧Pbを−75kPa以下(具体的には−80kPa)とする。そして、封止部材115を用意し、この封止部材115で注液孔113hを電池外部から覆い、更に、封止部材115を電池ケース110のケース蓋部材113に溶接して、封止部材115とケース蓋部材113との間を気密に封止する。これにより、電池ケース110が気密に封止される。減圧封止後は、真空チャンバ内を大気圧に戻して、この電池100を真空チャンバから取り出す。
Next, the
このように電池ケース110内を減圧して封止すると、封止後の電池100では、電池ケース110内が負圧となる。このため、図6に示すように、封止後に圧縮具200を取り外しても、電池ケース110の内外の気圧差(具体的には約80kPa)によって、第1,第2ケース内主面110cn,110dnで第1,第2電極体主平面120c,120dの全面がそれぞれ押圧されて、電極体120(そのうちの第1,第2電極体主平面120c,120d間の部分)が厚み方向BHに均一に圧縮された均一圧縮状態を維持できる。
When the inside of the
次に、初期充電工程において、この電池100について初期充電を行う。この初期充電工程は、圧縮具200等の電池外の部材で第1,第2ケース側壁部110c,110dを押圧することなく、電池ケース110の内外の気圧差により第1,第2ケース内主面110cn,110dnで第1,第2電極体主平面120c,120dの全面をそれぞれ押圧して、電極体120を厚み方向BHに圧縮した状態(図6参照)で行う。
Next, in the initial charging step, the
この初期充電は、常温(25℃)環境下で、定電流−定電圧方式により、SOC100%まで行う。具体的には、1C(具体的には5A)の定電流で、電池電圧値が所定の充電終止電圧値4.1V(SOC100%のときの電池電圧値)に至るまで充電し、その後、電池電圧値を4.1Vに維持しつつ充電を行い、充電電流値が0.02C(具体的には0.1A)に低下した時点で初期充電を終了する。
This initial charging is performed up to
この初期充電の際には、電解液117の一部が分解して水素ガスなどの気体(ガス)が発生する。しかし、本実施形態では、この初期充電の期間中、電極体120が厚み方向BHに均一に圧縮された均一圧縮状態にあるので、発生したガスの殆ど全てが電極体120から抜け出る。このため、この初期充電工程でガスが正極板121と負極板131との間に溜まるのを防止できる。
During the initial charging, a part of the
次に、エージング工程において、この電池100についてエージングを行う。このエージング工程は、前述の初期充電工程と同様に、圧縮具200等の電池外の部材で第1,第2ケース側壁部110c,110dを押圧することなく、電池ケース110の内外の気圧差により第1,第2ケース内主面110cn,110dnで第1,第2電極体主平面120c,120dの全面をそれぞれ押圧して、電極体120を厚み方向BHに圧縮した状態(図6参照)で行う。
このエージングは、電池電圧値4.1V(SOC100%に相当)の状態にて、所定のエージング温度(具体的には50℃)で、所定のエージング時間(具体的には15時間)、電池100を安置する。
Next, the
This aging is performed at a battery voltage value of 4.1 V (corresponding to SOC of 100%) at a predetermined aging temperature (specifically, 50 ° C.) at a predetermined aging time (specifically, 15 hours). Enshrine.
このエージングの際にも、電解液117の一部が分解して水素ガスなどの気体(ガス)が発生する場合がある。しかし、本実施形態では、このエージングの期間中においても、電極体120が厚み方向BHに均一に圧縮された均一圧縮状態にあるので、発生したガスの殆ど全てが電極体120から抜け出る。このため、このエージング工程においても、ガスが正極板121と負極板131との間に溜まるのを防止できる。かくして、電池100が完成する。
Even during the aging, a part of the
以上で説明したように、この電池100の製造方法では、減圧封止工程において、圧縮具200により、電池100のうち一対のケース主壁部(第1,第2ケース側壁部)110c,110d間を挟んで、一対のケース内主面(第1,第2ケース内主面)110cn,110dnで一対の電極体主平面(第1,第2電極体主平面)120c,120dの全面をそれぞれ押圧して、電極体120をその厚み方向BHに圧縮する。これにより、電極体主平面120c,120dの全面がそれぞれ均一に押圧され、電極体120が厚み方向BHに均一に圧縮された状態(均一圧縮状態)となる(図4参照)。そして、この状態を保ちつつ、電池ケース110を内圧Pbに減圧して封止する。すると、封止後の電池100では、電池ケース110内が負圧となるので、封止後に圧縮具200を取り外しても、電池ケース110の内外の気圧差によって、電極体120が厚み方向BHに均一に圧縮された均一圧縮状態を維持できる(図6参照)。
As described above, in the method for manufacturing the
このため、その後、圧縮具200など電池外の部材でケース主壁部110c,110dを押圧することなく、初期充電を行っても、電池ケース110の内外の気圧差によりケース内主面110cn,110dnで電極体主平面120c,120dの全面をそれぞれ押圧して、電極体120を厚み方向BHに圧縮した状態で、初期充電を行うことができる。従って、初期充電工程を行った際にガスが発生しても、このガスが正負極板121,131間に溜まるのを防止できる。よって、初期充電に要する時間を短くでき、製造コストを低くできると共に、電池容量や内部抵抗など電池の特性バラツキが小さい電池100を製造できる。一方、初期充電工程で圧縮具200を用いなくて済むので、量産に要する圧縮具200の数量を少なくできる、初期充電工程のための設備を簡素化できるなど、生産設備のコストを低くできる。
Therefore, even if initial charging is performed without pressing the case
更に、本実施形態では、初期充電工程と同様に、エージング工程も、圧縮具200など電池外の部材でケース主壁部110c,110dを押圧することなく、電池ケース110の内外の気圧差によりケース内主面110c,110dで電極体主平面120c,120dの全面をそれぞれ押圧して、電極体120を厚み方向BHに圧縮した状態で行う。従って、エージング工程を行った際にガスが発生しても、このガスが正負極板121,131間に溜まるのを防止できる。よって、電池容量や内部抵抗など電池の特性バラツキが小さい電池100を製造できる。一方、エージング工程で圧縮具200を用いなくて済むので、量産に要する圧縮具200の数量を少なくできる、エージング工程のための設備を簡素化できるなど、生産設備のコストを低くできる。
Further, in the present embodiment, similarly to the initial charging step, the aging step is also performed by the pressure difference between the inside and outside of the
また、本実施形態では、減圧封止工程において、圧縮具200により、電極体主平面120c,120dに掛かる圧力Poが75kPa以上(具体的には80kPa)となる力で電池100を挟むので、電極体120が厚み方向BHに十分に圧縮された状態とすることができる。そして、電池ケース110の内圧Pbを−75kPa以下(具体的には−80kPa)として電池ケース110を封止するので、封止後の電池100においても、電池ケース110の内外の気圧差(約80kPa)が十分に大きくなり、電極体120が厚み方向BHに十分に圧縮された状態とすることができる。従って、初期充電工程やエージング工程の際にガスが正負極板121,131間に溜まるのをより効果的に防止できる。
In the present embodiment, since the
(実施例)
次いで、本発明の効果を検証するために行った試験の結果について説明する。減圧封止工程において、圧縮具200によって電極体主平面(第1,第2電極体主平面)120c,120dに掛かる圧力Poを、0〜150kPaに変えて製造した複数の電池100を用意した。具体的には、電極体主平面120c,120dに掛かる圧力Poを、0kPa、25kPa、50kPa、75kPa、100kPa、125kPaまたは150kPaとした電池100をそれぞれ用意した。そして、各々の電池100について、実施形態と同様に減圧封止工程を行った後、実施形態と同様に充電工程を行った。その際、各電池100について、初期充電を開始してから初期充電が完了するまでの時間をそれぞれ測定した。その結果を図7に示す。
(Example)
Subsequently, the result of the test conducted in order to verify the effect of this invention is demonstrated. In the reduced pressure sealing step, a plurality of
図7のグラフから明らかなように、圧縮具200により電極体主平面120c,120dに掛かる圧力Poが0〜75kPaの範囲では、圧力Poの値が大きくなるほど、初期充電に要する時間が短くなった。一方、圧縮具200により電極体主平面120c,120dに掛かる圧力Poが75〜150kPaの範囲では、圧力Poの大きさに拘わらず、初期充電に要する時間が短くほぼ一定となった。
As is clear from the graph of FIG. 7, when the pressure Po applied to the electrode body
このような結果を生じた理由は、以下であると考えられる。即ち、電池100に初期充電を行うと、電解液117の一部が分解してガスが発生する。その際、電極体主平面120c,120dに掛かる圧力Poが0〜75kPaの範囲では、電極体120が厚み方向BHに全く圧縮されていない、或いは十分に圧縮されていないために、圧力Poの値が小さいほど、発生したガスが電極体120から抜けきれずに、正負極板121,131間に多く溜まる。このガスは、正負極板121,131間内で移動し離合集散を繰り返すため、正負極板121,131間には、ガスが接しているために充電できない部分と、電解液117に接していて充電できる部分とが現れ、しかも、これらの部分が移動する。このため、圧力Poの値が小さいほど、正負極板121,131全体について初期充電するのに時間が長く掛かると考えられる。
The reason for such a result is considered as follows. That is, when the
一方、電極体主平面120c,120dに掛かる圧力Poが75〜150kPaの範囲では、電極体120が厚み方向BHに十分に圧縮されているため、圧力Poの大きさに拘わらず、発生したガスの殆ど全てが電極体120から抜け出て、正負極板121,131間には溜まらない。このため、正負極板121,131は、そのいずれの部位でも電解液117に接していて充電できるので、正負極板121,131全体について初期充電するのに掛かる時間が短くなり、一定時間になると考えられる。
On the other hand, when the pressure Po applied to the electrode body
以上より、減圧封止工程を、圧縮具200で電池100を挟み、一対の電極体主平面120c,120dの全面をそれぞれ押圧して、電極体120を厚み方向BHに圧縮した状態で行うことで、その後の初期充電工程を、圧縮具200を取り外して行っても、初期充電に要する時間を短くできることが判る。また、圧縮具200により電極体主平面120c,120dに掛かる圧力Poを75kPa以上とすることで、初期充電に要する時間を最も短くできることが判る。
As described above, the vacuum sealing step is performed in a state where the
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、実施形態では、「電極体」として、各々帯状をなす正極板121及び負極板131をセパレータ141,141を介して互いに重ねて扁平状に捲回してなる扁平状捲回型の電極体120を例示したが、電極体の形態はこれに限られない。例えば、電極体を、各々所定形状(例えば矩形状など)をなす複数の正極板及び複数の負極板をセパレータを介して交互に複数積層してなる積層型としてもよい。
In the above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof.
For example, in the embodiment, as the “electrode body”, a flat
また、実施形態では、「電池ケース」として、直方体形状の電池ケース110を例示したが、電池ケースの形状はこれに限られない。例えば、電池ケースを、一対のケース主壁部を有し、ケース上壁部及びケース下壁部がそれぞれ長円状をなす長円筒形状としてもよい。
In the embodiment, the
100 リチウムイオン二次電池(電池)
110 電池ケース
110a ケース上壁部
110b ケース下壁部
110c 第1ケース側壁部(ケース主壁部)
110cn 第1ケース内主面(ケース内主面)
110d 第2ケース側壁部(ケース主壁部)
110dn 第2ケース内主面(ケース内主面)
110e 第3ケース側壁部
110f 第4ケース側壁部
111 ケース本体部材
113 ケース蓋部材
120 電極体
120c 第1電極体主平面(電極体主平面)
120d 第2電極体主平面(電極体主平面)
120a 第1半円筒面
120b 第2半円筒面
150 正極端子
160 負極端子
200 圧縮具
210 第1拘束板
220 第2拘束板
BH 厚み方向
CH 幅方向
DH 高さ方向
100 Lithium ion secondary battery (battery)
110
110cn Main surface inside first case (main surface inside case)
110d Second case side wall (case main wall)
110dn Main surface inside second case (main surface inside case)
110e 3rd case
120d Second electrode body main plane (electrode body main plane)
120a First
Claims (3)
前記電極体を収容し、一対の前記電極体主平面にそれぞれ対向する一対のケース内主面を含む一対のケース主壁部を有する電池ケースと、を備える
電池の製造方法であって、
前記電極体が収容された前記電池ケースの内圧を、大気圧Paよりも減圧された内圧Pbとした上で、前記電池ケースを気密に封止する減圧封止工程と、
前記減圧封止工程の後、前記電池について初期充電を行う初期充電工程と、を備え、
前記減圧封止工程は、
電池外の圧縮具で前記電池のうち一対の前記ケース主壁部間を挟んで、一対の前記ケース内主面で一対の前記電極体主平面の全面を押圧して、前記電極体を前記厚み方向に圧縮した状態で行い、
前記初期充電工程は、
電池外の部材で前記ケース主壁部を押圧することなく、前記電池ケースの内外の気圧差により一対の前記ケース内主面で一対の前記電極体主平面の全面を押圧して、前記電極体を前記厚み方向に圧縮した状態で行う
電池の製造方法。 A flat wound-type or laminated-type electrode body having a pair of electrode body main planes orthogonal to its thickness direction;
A battery case having a pair of case main walls including a pair of case main walls that house the electrode body and oppose each of the pair of electrode body main planes,
The internal pressure of the battery case in which the electrode body is accommodated is set to an internal pressure Pb that is reduced from the atmospheric pressure Pa, and then the vacuum sealing step for hermetically sealing the battery case;
An initial charging step for performing initial charging for the battery after the decompression sealing step,
The reduced pressure sealing step includes
A pair of case main wall portions of the battery are sandwiched between the pair of case main walls by a compression tool outside the battery, and the entire surface of the pair of electrode body main planes is pressed by the pair of case main surfaces, so that the electrode body In a compressed state,
The initial charging step includes
Without pressing the case main wall portion with a member outside the battery, the whole of the pair of electrode main surfaces is pressed by the pair of case main surfaces by the pressure difference between the inside and outside of the battery case, and the electrode body The manufacturing method of the battery performed in the state compressed in the said thickness direction.
前記初期充電工程の後、前記電池についてエージングを行うエージング工程を備え、
前記エージング工程は、
電池外の部材で前記ケース主壁部を押圧することなく、前記電池ケースの内外の気圧差により一対の前記ケース内主面で一対の前記電極体主平面の全面を押圧して、前記電極体を前記厚み方向に圧縮した状態で行う
電池の製造方法。 A battery manufacturing method according to claim 1, comprising:
An aging step for aging the battery after the initial charging step;
The aging process includes
Without pressing the case main wall portion with a member outside the battery, the whole of the pair of electrode main surfaces is pressed by the pair of case main surfaces by the pressure difference between the inside and outside of the battery case, and the electrode body The manufacturing method of the battery performed in the state compressed in the said thickness direction.
前記減圧封止工程は、
前記圧縮具により、前記電極体主平面に掛かる圧力Poが75kPa以上となる力で前記電池を挟み、
前記内圧Pbを、大気圧Paを基準としたゲージ圧表記で−75kPa以下とする
電池の製造方法。 A method for producing a battery according to claim 1 or claim 2,
The reduced pressure sealing step includes
The battery sandwiches the battery with a force at which the pressure Po applied to the main surface of the electrode body is 75 kPa or more by the compression tool,
A method for producing a battery, wherein the internal pressure Pb is -75 kPa or less in gauge pressure notation based on atmospheric pressure Pa.
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