CN101807712B

CN101807712B - 电池和电容器的制造方法

Info

Publication number: CN101807712B
Application number: CN2010100054268A
Authority: CN
Inventors: 西川和孝; 山崎幸一; 金谷典大
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2030-01-14
Also published as: CN101807712A

Abstract

本发明的目的在于提供一种可以使电解液在短时间内向极板组内浸渍的电池或者电容器的制造方法。在注入电解液前，在加压工序S2中对插入有极板组的壳体内以预定的压力P[MPa]加压，之后在向大气开放工序S3中将所述壳体内向大气开放，且时间t[sec]为“P/t≥0.5[MPa/s]”，在注液和浸渍工序S4中使电解液向极板组内浸渍。

Description

电池和电容器的制造方法

技术领域

本发明涉及将在正极板和负极板之间存在隔离物的、层叠或者在层叠状态下卷绕而成的极板组插入电池壳并注入预定量的电解液的电池；还涉及将在电极板之间存在隔离物的、层叠或者在层叠状态下卷绕而成的极板组插入外部包装壳并注入电解液的电容器的制造方法。

背景技术

通常，电池经过如下工序来制造：即，在电池壳内收纳极板组后，注入电解液，封闭电池壳的开口部和/或注入口。

此处，极板组是在正极板与负极板之间存在隔离物，以高密度层叠或者在层叠状态下卷绕为螺旋状，在电解液的注入工序中，难以使电解液渗透至极板组的较小的间隙，使极板组浸渍预定量的电解液需要较长时间。

作为使极板组浸渍电解液的方法，以往采用的方法是，在注入有电解液的电池壳的开口部连接真空泵，通过将电池壳内减压，使存在于极板组的间隙的空气作为气泡浮出电解液的液面。

然而，在该制造方法中，由于在极板组的间隙产生的气泡会附着在极板组的表面，不会快速浮出电解液的液面，因此无法充分缩短使电解液向极板组浸渍的时间。

因此，为了使浸渍时间进一步缩短，提出了各种制造方法。

在专利文献1等文献中，是重复多次在常压下注入电解液后、在减压下浸渍电解液的处理，从而进行电解液的注入。具体而言，有如下两个工序：一个工序是使注入有电解液的电池壳配置在减压室内，对电池壳在第一真空压力下实施第一减压处理后，实施减压解除处理；以及另一个工序是对电池壳在真空度高于上述第一真空压力的真空度的第二真空压力下实施第二减压处理后，实施减压解除处理。

在该制造方法中，通过将第二真空压力的真空度设定得高于第一真空压力，可以阻止注入电池壳的电解液从电池壳的上部溢出，与常压下的浸渍处理比较，可谋求实现缩短浸渍时间。

在专利文献2等披露的方法是，将收纳有极板组的电池壳内减压，在维持减压的状态下注入电解液，之后通过进行向大气开放或者加压，使电解液完全对极板组浸渍。

图14表示用于实现专利文献2所述的制造方法的装置。

电池由电池壳101和极板组102构成。

首先，将电池放入减压加压槽103，安装头部104。

接下来，对减压加压槽103内进行真空排气达到5torr(托)至6torr左右后，从注入口105通过头部104向头部104及电池内注入预定量的电解液。此时，在头部104内形成电解液面106，电解液的至少一部分保持在头部104内，以成为液封状态。

之后，将大气压以上的N₂或者干空气等气体引入减压加压槽103内，加压至大气压以上。加压压力通常为1kg/cm²至3kg/cm²左右即可。

头部104内的电解液面106随着电解液被极板组102吸收而下降，并最终到达电池壳101内，并且极板组102吸收预定量的电解液，浸渍结束。

浸渍结束后，使减压加压槽103内恢复大气压，将电池从头部104拿下、取出，并送至下一工序。

现有技术文献

专利文献1：日本专利特开平11-339770号公报

专利文献2：日本专利特开平2-172158号公报

发明内容

本发明要解决的问题

然而，近年来，由于随着电池的高容量化，极板组以高密度被卷绕，因此存在以下问题。

在专利文献1的制造方法中，存在的问题是：在注入电解液后，对电池壳实施减压处理时，存在于极板组内的空气不容易跑掉，会妨碍电解液向极板组浸渍，因此为了浸渍预定量的电解液而需要较长时间。

在专利文献2的制造方法中，存在的问题是：对减压加压槽103内进行抽真空和排气时，极板组102内的空气不会跑光，电解液难以进入极板组102内，或者即使进入，在减压加压槽103内恢复大气压时，在极板组102内被压缩的空气也会挤压电解液，结果极板组102不能吸收预定量的电解液。

另外，将在电极板之间存在隔离物的、层叠或者在层叠状态下卷绕而成的极板组插入外部包装壳后注入电解液来制造电容器，也存在同样的问题。

本发明是为解决上述现有问题而完成的，其目的在于提供一种即使是以高密度被卷绕的极板组，也能使电解液容易进入极板组内，在短时间浸渍电解液的电池或者电容器的制造方法。

用于解决问题的方法

本发明的电池的制造方法的特征在于，将在正极板和负极板之间存在隔离物的、层叠或者在层叠状态下卷绕而成的极板组插入电池壳后，注入预定量的电解液来制造电池时，在注入电解液前，对插入有极板组的上述电池壳内以预定的压力P[MPa]加压，之后向大气开放，使得向大气开放所需的时间t[sec]为P/t≥0.5[MPa/s]。优选方案的特征在于，重复多次上述加压和向大气开放的操作。另外，其特征在于，将从上述加压到向大气开放的过程分多次实施，或者在中途使得向大气开放的速度变化来实施。

本发明的电池的制造方法的特征在于，将在正极板和负极板之间存在隔离物的、层叠或者在层叠状态下卷绕而成的极板组插入电池壳后，注入预定量的电解液来制造电池时，在注入电解液前，对插入有极板组的上述电池壳内以预定的压力P[MPa]加压，之后开放，使得向低于大气压的压力开放所需的时间t[sec]为P/t≥0.5[MPa/s]。

优选方案的特征在于，将从上述加压到向低于大气压的压力开放的过程分多次实施，或者在中途使开放速度变化来实施。

本发明的电池的制造方法的特征在于，上述对插入有极板组的所述电池壳内以预定的压力P[MPa]进行加压的期间为0.05[sec]以上。

本发明的电容器的制造方法的特征在于，将在电极板之间存在隔离物的、层叠或者在层叠状态下卷绕而成的极板组插入外部包装壳后，注入预定量的电解液来制造电容器时，在注入电解液前，对插入有极板组的上述外部包装壳内以预定的压力P[MPa]加压，之后向大气开放，使得向大气开放所需的时间t[sec]为P/t≥0.5[MPa/s]。优选方案的特征在于，重复多次上述加压和向大气开放的操作。另外，其特征在于，将从上述加压到向大气开放的过程分多次实施，或者在中途使得向大气开放的速度变化来实施。

本发明的电容器的制造方法的特征在于，将在电极板之间存在隔离物的、层叠或者在层叠状态下卷绕而成的极板组插入外部包装壳后，注入预定量的电解液来制造电容器时，在注入电解液前，对插入有极板组的上述外部包装壳内以预定的压力P[MPa]加压，之后开放，使得向低于大气压的压力开放所需的时间t[sec]为P/t≥0.5[MPa/s]。

本发明的电容器的制造方法的特征在于，上述对插入有极板组的所述电池壳内以预定的压力P[MPa]进行加压的期间为0.05[sec]以上。

发明的效果

根据该结构，可以使电解液迅速向电池或者电容器的极板组内浸渍。结果可以减少电解液挥发的量。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的电池的制造方法的流程图。

图2是该实施方式中实施的实验所使用的加压装置的简要立体图。

图3是评价电池的浸渍性相对于加压保持时间的实验结果及其图形。

图4是评价电池的浸渍性相对于加压力的实验结果及其图形。

图5是评价电池的浸渍性相对于向大气开放的速度的实验结果及其图形。

图6是评价电池的浸渍性相对于向大气开放的速度的实验结果及其图形。

图7是评价电池的浸渍性相对于加压次数的实验结果及其图形。

图8是该实施方式中实施的实验的压力曲线的简要图。

图9是该实施方式的向大气开放时的其他压力曲线的简要图。

图10是本发明的实施方式2的电池的制造方法的、评价电池的浸渍性相对于加压保持时间的实验结果一览表和评价电池的浸渍性相对于加压保持时间的实验结果及其图形。

图11是该实施方式中实施的实验所使用的加压装置的简要立体图。

图12是评价电池的浸渍性相对于短时间的加压保持时间的实验结果一览表及其图形。

图13是评价该实施方式的电池的浸渍性相对于加压次数的实验结果一览表及其图形。

图14是专利文献2披露的制造装置的简要图。

附图标记的说明

S1壳体插入工序

S2加压工序

S3向大气开放工序

S4注液和浸渍工序

t0加压保持时间

t向大气开放所需的时间

P预定的压力

具体实施方式

下面，基于图1至图13所示的具体例来说明本发明的制造方法。

(实施方式1)

图1表示本发明的实施方式1的电池的制造方法的流程图。

在壳体插入工序S1中，将在正极板和负极板之间存在隔离物的、层叠或者在层叠状态下卷绕而成的极板组插入电池壳。

在加压工序S2中，对插入有极板组的电池壳的内部加压至压力P[MPa]。

在向大气开放工序S3中，使加压的电池壳内部恢复至大气压。

在注液和浸渍工序S4中，是在向大气开放工序S3之后，使预定量的电解液向极板组内浸渍。

在该制造工序的向大气开放工序S3中，设定向大气开放所需的时间t[sec]为“P/t≥0.5[MPa/s]”来进行实施。

此处为了确认效果，进行以下实验。

图2表示将本实验所使用的加压装置的槽开放的状态。

在加压槽1设置进气口2和排气口3，收纳电池4后关闭加压槽1，通过从进气口2吹入高压空气，将加压槽1的内部及电池4加压至预定的压力，之后，可以从排气口3向大气开放。在排气口3设置阀(未图示)，可以调节向大气开放时的压力变化的速度。电池4使用外径为18mm、长度为65mm的圆筒形锂离子充电电池。

为了进行定量比较，关于浸渍性的评价如下那样进行。

首先，在大气压下向电池注入1.25cc的电解液，进行抽真空，抽出留在电池内的空气。重复该操作共3次，在最后的抽真空后，在大气压中静态放置，测定留在极板组上的电解液向极板组内浸渍、直到目视无法确认液面的时间，将其定义为浸渍时间。

并且，以未实施本发明的电池的浸渍时间为基准，算出可以缩短的浸渍时间的比例作为优良率。另外，算出式如下所示。

优良率＝[(未加压的电池的浸渍时间)-(加压的电池的浸渍时间)]/(未加压的电池的浸渍时间)

最初，设加压槽1内的压力为0.8MPa，以改变维持该加压状态的时间(加压保持时间)的电池进行了实验。加压保持时间以1秒、5秒、10秒、20秒这4种模式进行了实验。

图3(a)、(b)表示实验结果。

图3(a)是详细的实验条件和结果的一览表，图3(b)是横轴为加压保持时间、纵轴为优良率的图形。

向大气开放的时间是测定将排气口3开放后、加压槽1内的压力恢复至大气压的时间。根据该结果可知，即使长时间保持加压状态，也不会影响浸渍性。

接下来，对改变加压时的压力的电池进行了实验。压力以0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa、1.4MPa这6种模式进行了实验。此处，到达各压力后，将维持该加压状态的时间(加压保持时间)固定为1秒进行了实验。

图4(a)、(b)表示实验结果。

图4(a)是详细的实验条件和结果的一览表，图4(b)是横轴为压力、纵轴为优良率的图形。

此处，在向大气开放时，由于排气口3的阀全部打开，因此压力越大，向大气开放的时间越长。向大气开放的速度是将压力除以向大气开放的时间而算出的，公式为，向大气开放的速度＝(加压槽内的压力)/(向大气开放的时间)。

根据图4(b)的图形可观察到，加压力越高，浸渍性越好，但在压力为0.8MPa以上时，优良率没有很大差别。

因此，为了观察浸渍性和向大气开放的速度的相关性，取横轴为向大气开放的速度，纵轴为优良率，来进行绘制。其图形如图5所示。

根据该结果可以预测，向大气开放的速度越快，优良率有越高的倾向。

因此，为了得到确证，设压力为0.8MPa，调整排气口3的阀的开口率，以改变向大气开放的时间的电池进行了实验。

图6(a)、(b)表示实验结果。

图6(a)是其详细的实验条件和结果的一览表，图6(b)是对图5的图形加上图6(a)的数据的图形。

根据该结果可知，向大气开放的速度越快，优良率确实有越高的倾向，此外，在一定的向大气开放的速度以下，浸渍性会恶化。

因此，若考虑浸渍性由于电池的极板组的卷绕状态或极板的状态而产生差异，则为了使所有的电池的浸渍性优良，根据图6(b)可知向大气开放的速度需要为0.5MPa/s以上。

最后，重复加压及向大气开放的操作，检查其次数与浸渍性的相关性。

图7(a)是其详细的实验条件和结果的一览表，图7(b)是横轴为加压次数、纵轴为优良率的图形。

根据该结果可知，通过重复加压及向大气开放的操作，可以使浸渍性进一步优良。

根据以上的实验结果，将电池加压至预定压后，通过进行向大气开放，使得向大气开放的速度为0.5MPa/s以上，可以使浸渍性优良。

另外，通过重复加压及向大气开放的操作，估计可以进一步提高浸渍性，通过考虑优良率来调整次数，可以使生产率提高。

另外，在上述实验中，由于进行一次向大气开放的操作便恢复至大气压，因此压力曲线为图8所示的形状。

此处，由于向大气开放的时间规定为从预定压力恢复至大气压的时间，因此成为图8所示的部分。

但是，本发明的效果表现的是压力急剧变化时，只要能引起急剧的压力变化，可以将向大气开放的操作分为多次，也可以在中途使得向大气开放的速度变化。

作为一个例子，图9(a)表示向大气开放的操作分为多次时的压力曲线，图9(b)表示缓慢放压后、急剧进行向大气开放时的压力曲线，图9(c)表示急剧放压后、缓慢进行向大气开放时的压力曲线。

另外，向大气开放的操作分为多次时，将产生压力变化的时间的总和作为向大气开放的时间；在中途使得向大气开放的速度变化时，将压力变化的斜率最大的部分作为向大气开放的速度。

另外，在本实施例中进行的是向大气开放，但也可以一下子抽到真空状态，本发明不限于大气压。

(实施方式2)

图10至图13表示本发明的实施方式2。

在实施方式1中，探讨了在注入电解液前对插入有极板组的上述电池壳内以预定的压力P[MPa]加压、之后向大气开放所需的时间t[sec]，但在本实施方式2中，将探讨对插入有极板组的上述电池壳内以预定的压力P[MPa]在图1的加压工序S2加压、到开始向大气开放的加压保持时间t0。

在实施方式1中进行的实验是，最初，是设加压槽1内的压力为0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa、1.4MPa这6个条件，到达各压力后，将维持该加压状态的时间(加压保持时间)固定为1秒，但在本实施方式2的实验是设加压槽1内的压力为0.8MPa、以改变加压保持时间的电池进行的。加压保持时间以1秒、5秒、10秒、20秒这4个条件进行了实验。电池的尺寸以及加压装置等与实施方式1相同。

图10(a)是详细的实验条件和结果的一览表，图10(b)是横轴为加压保持时间、纵轴为优良率的图形。向大气开放的时间是测定将排气口3开放后、加压槽1内的压力恢复至大气压的时间。根据该结果可知，即使保持加压状态为1秒以上，也不影响浸渍性。

因此，为了使加压槽1内的压力能在更短时间内变动，如图11所示，制成可以对每个电池分别处理的、容积小于加压槽1的加压槽5，进行了实验。

在加压槽5也设置进气口2和排气口3，收纳电池4后，通过从进气口2吹入高压空气，将加压槽5的内部及电池4加压至预定的压力，之后，可以从排气口3向大气开放。另外，在排气口3设置阀(未图示)，可以调节向大气开放时的压力变化的速度。

另外，关于浸渍时间的测定，是注入1.25cc的电解液，进行加压处理来压入电解液，重复3次上述操作，注入最后的电解液后，测定从开始加压处理、直到电解液的液面浸渍在极板组内而目视无法确认液面的时间。

另外，关于评价与此前相同，以优良率来进行评价，但在本方法中确认了会产生±5％的测定误差。在实验中，由于压力在短时间内进行变化，因此将压力设定为0.5MPa来进行。

图12(a)是详细的实验条件和结果的一览表，图12(b)是横轴为加压保持时间、纵轴为优良率的图形。另外，在实验时，设定从加压的开始时刻到开始向大气开放的时间，加压保持时间使用实际从由数据记录器测定的压力曲线读取的值。

根据该结果可知，加压保持时间在0.05sec以上可以确实使浸渍性优良。另外，由于根据图12(a)的数据看到优良率有±5％左右的偏差，因此考虑到偏差，作为可以确认5％以上的优良率的这一点，在0.05sec的数据中着眼于6.70％，若与图12(b)的图形一并考虑，则在低于0.05sec时，预想会出现优良率为0的情况。从以上可知，极限值为0.05sec。

另外，根据图12(b)可知，加压保持时间为0.85sec以上时，优良率会变得平稳。从这点可知，为了更有效提高浸渍性，优选的是使加压保持时间为0.85sec。但是，本实验使用的是外径为18mm、长度为65mm的圆筒形锂离子充电电池，若电池的尺寸更大，则为了使极板组内部的压力充分上升，需要设置更长时间的加压保持时间。

最后，在实施重复加压及向大气开放的操作来制造时，通过重复执行以图1的加压工序S2加压到开始向大气开放为止的加压保持时间t0维持加压压力并开始向大气开放，可以使浸渍性进一步优良。

本实施方式2的情况下，也与实施方式1时相同，不仅能以图8所示的压力曲线实施，还能以图9(a)、图9(b)、图9(c)的任意一种压力曲线实施。另外，在本实施例中进行的是向大气开放，但也可以一下子抽到真空状态，本发明不限于大气压。

(实施方式3)

在上述各实施方式中，举出了电池的制造方法为例进行了说明，但对于电容器的制造方法也可以得到同样的效果。

具体而言，在将电极板之间存在隔离物的、层叠或者在层叠状态下卷绕而成的极板组插入外部包装壳后，注入预定量的电解液来制造电容器时，在注入电解液前，对插入有极板组的上述外部包装壳内以预定的压力P[MPa]加压，向大气开放，使得向大气开放所需的时间t[sec]为“P/t≥0.5[MPa/s]”，通过这样可以使电解液迅速向极板组浸渍，结果，以高密度被卷绕的极板组的间隙变宽，注入电解液时，可以使电解液迅速向极板组内浸渍，可以减少电解液挥发的量。优选方案是重复多次上述加压和向大气开放的操作。另外，如实施方式2所示，使加压保持时间t0为0.05sec以上，可以确实使浸渍性优良。

工业上的实用性

本发明的制造方法可以有助于缩短电池或者电容器的制造时间，可以有助于提高批量生产化的生产效率。

Claims

1.一种圆筒形电池的制造方法，在将正极板和负极板之间存在隔离物的、在层叠状态下卷绕而成的极板组插入电池壳后，注入预定量的电解液来制造电池时，

在注入电解液前，对插入有极板组的所述电池壳内进行加压，然后向大气开放，所述加压的压力为P，该压力的单位为MPa，向所述大气开放所需的时间为t秒，所述大气开放的减压的斜率为（P/t），则

P≥0.4MPa

P/t≥0.5MPa/秒。

2.如权利要求1所述的圆筒形电池的制造方法，其特征在于，

多次重复所述加压和向大气开放的操作。

3.如权利要求1所述的圆筒形电池的制造方法，其特征在于，

将从所述加压到向大气开放的过程分多次实施，或者在中途使得向大气开放的速度变化来进行实施。

4.一种圆筒形电池的制造方法，在将正极板和负极板之间存在隔离物的、在层叠状态下卷绕而成的极板组插入电池壳后，注入预定量的电解液来制造电池时，

在注入电解液前，对插入有极板组的所述电池壳内进行加压，然后向低于大气压的压力进行开放，所述加压的压力为P，该压力的单位为MPa，所述开放所需的时间为t秒，所述开放的减压的斜率为（P/t），则

P≥0.4MPa

P/t≥0.5MPa/秒。

5.如权利要求4所述的圆筒形电池的制造方法，其特征在于，

将从所述加压到向低于大气压的压力开放的过程分多次实施，或者在中途使开放速度变化来进行实施。

6.如权利要求1至5中任一项所述的圆筒形电池的制造方法，其特征在于，

对插入有极板组的所述电池壳内以所述压力P加压的期间为0.05秒以上。

7.一种圆筒形电容器的制造方法，在将电极板之间存在隔离物的、在层叠状态下卷绕而成的极板组插入外部包装壳后，注入预定量的电解液来制造电容器时，

在注入电解液前，对插入有极板组的所述外部包装壳内进行加压，然后向大气开放，所述加压的压力为P，该压力的单位为MPa，向所述大气开放所需的时间为t秒，所述大气开放的减压的斜率为（P/t），则

P≥0.4MPa

P/t≥0.5MPa/秒。

8.如权利要求7所述的圆筒形电容器的制造方法，其特征在于，

多次重复所述加压和向大气开放的操作。

9.如权利要求7所述的圆筒形电容器的制造方法，其特征在于，

10.一种圆筒形电容器的制造方法，在将电极板之间存在隔离物的、在层叠状态下卷绕而成的极板组插入外部包装壳后，注入预定量的电解液来制造电容器时，

在注入电解液前，对插入有极板组的所述外部包装壳内进行加压，然后向低于大气压的压力进行开放，所述加压的压力为P，该压力的单位为MPa，所述开放所需的时间为t秒，所述开放的减压的斜率为（P/t），则

P≥0.4MPa

P/t≥0.5MPa/秒。

11.如权利要求10所述的圆筒形电容器的制造方法，其特征在于，

12.如权利要求7至11中任一项所述的圆筒形电容器的制造方法，其特征在于，

对插入有极板组的所述外部包装壳内以所述压力P加压的期间为0.05秒以上。