JP2000123858A

JP2000123858A - 気密性の良い電池の製造方法

Info

Publication number: JP2000123858A
Application number: JP10313986A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Komatsu; 茂生小松
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 2000-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】気密性の良い電池を効率的に製造する方法を提
供する。【解決手段】発電要素が収納された電池ケース２と、電
池ケースの内外を連通するか又は連通可能な管４とを備
えてなる電池前駆体５から電池１を製造する方法であっ
て、前記管４を用いて電解液が注入され、その後に前記
管４が封口されることを特徴とする。

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
属するものである。本発明は、特に非水電解液二次電池
において好適に利用され得る。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯用無線電話、携帯用パソコ
ン、携帯用ビデオカメラ等の電子機器が開発され、各種
電子機器が携帯可能な程度に小型化されている。それに
伴って、内蔵される電池としても、高エネルギー密度を
有し、且つ軽量なものが採用されている。そのような要
求を満たす典型的な電池は、特にリチウム金属やリチウ
ム合金等の活物質、又はリチウムイオンをホスト物質
（ここでホスト物質とは、リチウムイオンを吸蔵及び放
出できる物質をいう。）である炭素に吸蔵させたリチウ
ムインターカレーション化合物を負極材料とし、ＬｉＣ
ｌＯ₄、ＬｉＰＦ₆等のリチウム塩を溶解した非プロトン
性の有機溶媒を電解液とする非水電解液二次電池であ
る。

【０００３】この非水電解液二次電池は、上記の負極材
料をその支持体である負極集電体に保持してなる負極板
と、リチウムコバルト複合酸化物のようにリチウムイオ
ンと可逆的に電気化学反応をする正極活物質をその支持
体である正極集電体に保持してなる正極板と、電解液を
保持するとともに負極板と正極板との間に介在して両極
の短絡を防止するセパレータとを備えており、これら
は、金属・樹脂ラミネートフィルムからなる電池ケース
内に気密性を保つように収納される。

【０００４】この非水電解液二次電池も含めて、正・負
極を備えた発電要素と電解液とこれらが収納された電池
ケースとからなる電池は、従来より、以下のようにして
製造されている。リード端子が接続された発電要素を、
電池ケースとなるラミネートフィルムでリード端子のみ
露出するように包む。そして、ラミネートフィルムの周
縁を接着する。ただし、リード端子の反対側には開口部
を設けておく。次に、電解液を開口部より電池ケース内
に注入する。続いて、真空ポンプで電池ケース内の空気
を開口部より除去した後、開口部を接着することによっ
て密封する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の電池の
製造方法では、電解液を注入する際及び真空ポンプで空
気を除去する際に、電解液の飛沫が電池ケースの内面に
付着し易い。そのため、その後で開口部を封じると、接
着しようとする部分に電解液が付着したまま封じてしま
い、その結果、封じられているとはいうものの、気密性
が悪くなる。気密性が悪いと外部より空気が侵入し、ま
た著しく悪い場合には電解液が外部に流出することもあ
る。

【０００６】特に、上述した非水電解液二次電池におい
ては、気密性が悪いと、空気中に含まれている水分によ
って電気分解反応が電池内で起こり、電池の容量が低下
する。また、電解液にＬｉＰＦ₆等のリチウム塩が含ま
れているため、これと水とが反応してＨＦ等のガスが発
生することがある。このようなガスが発生すると、それ
に伴って電池内の内圧が上昇し電解液が外部に押し出さ
れることがあり、さらに、金属・樹脂ラミネートフィル
ムの樹脂を透過し、金属を腐蝕させる。

【０００７】これらの問題を解決するための手段とし
て、電解液の注入及び空気の除去をゆっくりと注意深く
することも考えられる。これにより、電解液の飛沫が電
池ケース内面に付着するのを極力抑えることは可能であ
る。しかし、時間がかかるため、生産性が落ちてしまう
という欠点がある。それ故、本発明の目的は、気密性の
良い電池を効率的に製造する方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の製造方法は、発電要素が収納された電池ケース
と、電池ケースの内外を連通するか又は連通可能な管と
を備えてなる電池前駆体から電池を製造する方法であっ
て、前記管を用いて電解液が注入され、その後に前記管
が封口されることを特徴としている。

【０００９】本発明の製造方法では、まず、発電要素が
収納された電池ケースと、電池ケースの内外を連通する
か又は連通可能な管とを備えてなる電池前駆体を作製す
る。この電池前駆体では電池ケースは既に封じられてい
る。続いて、管を通して電解液を注入し、また空気を除
去する。そして、管を封口して電池を完成させる。この
製造方法では、電池ケースを封じた後に電解液の注入や
空気の除去を行うため、従来の製造方法のように電池ケ
ース内面の接着部分に電解液を付着させたまま封じてし
まうことはない。したがって、本発明の製造方法による
と、気密性の良い電池を得ることができ、電解液がリチ
ウム塩を含む非水電解液であっても、電池容量の低下、
電解液の流出、及び金属の腐蝕を招くことはない。さら
に、本発明の製造方法では、電解液の注入及び空気の除
去の際に注意深くする必要もないので、効率よく製造す
ることができる。

【００１０】空気の除去については、真空ポンプで吸引
することにより管を通して除去しても良いし、真空ポン
プを使用せずに除去しても良い。真空ポンプを使用せず
に空気を除去する方法としては、しばらく放置すること
により除去する方法、充電することによって意図的にガ
スを発生させながらそのガスとともに除去する方法、充
電後放置することにより除去する方法などがある。な
お、放置・充電は高温条件下でされても良いし、放置後
若しくは充電後に真空ポンプを使用しても良い。

【００１１】電池ケースとしては、例えば、少なくとも
一層の金属を有するラミネートフィルムからなる電池ケ
ースがある。このとき、電池ケースを封じる手段とし
て、熱溶着がある。管については、高い気密性をもつ必
要があるため、金属製が好ましい。また、金属製の管に
は、細くても加工されやすいという利点もある。金属製
の管を封口する手段としては、冷間圧着、レーザー溶
接、又は超音波溶着などがある。なお、電池ケース内外
を連通可能な管とは、例えば、シリコンゴム等の閉塞部
材で管内が塞がれているが注射針等の連通手段が挿入さ
れることによって連通する管のことをいう。このような
管を封口するには、連通手段を抜くだけでよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、電解液がリチウ
ム塩を含む有機溶媒である非水電解液二次電池に適用す
る場合について述べる。

【００１３】この場合、リチウム塩としてはＬｉＰＦ₆
が汎用的であるが、これに限定されるものではなく、Ｌ
ｉＣｌＯ₄、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣＦ₃Ｃ
Ｏ₂、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₂、ＬｉＮ
（ＳＯ₂ＣＦ₂ＣＦ₃）₂、ＬｉＮ（ＣＯＣＦ₃）₂およびＬ
ｉＮ（ＣＯＣＦ₂ＣＦ₃）₂などの塩もしくはこれらの混
合物でもよい。

【００１４】また、有機溶媒としては、エチレンカーボ
ネートとメチルエチルカーボネートが汎用的であるが、
これに限定されるものではなく、プロピレンカーボネー
ト、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ
メチルカーボネート、γ- ブチロラクトン、スルホラ
ン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメチル
ホルムアミド、ジメチルアセトアミド、1,2-ジメトキシ
エタン、1,2-ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、
2-メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、メチルア
セテート等の極性溶媒、もしくはこれらの混合物を使用
してもよい。

【００１５】さらに、正極の材料としては、ＬｉＣｏＯ
₂が汎用的であるが、これに限定されるものではない。
これ以外にも、組成式Ｌｉ_xＭＯ₂、またはＬｉ_yＭ₂Ｏ₄
（ただしＭは遷移金属、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦２）で
表される、複合酸化物、トンネル状の空孔を有する酸化
物、層状構造の金属カルコゲン化物などの無機化合物を
用いることができる。具体的には、ＬｉＮｉＯ₂、Ｌｉ
Ｍｎ₂Ｏ₄ 、Ｌｉ₂Ｍｎ₂Ｏ₄ 、ＭｎＯ₂、ＦｅＯ₂、Ｖ₂Ｏ
₅、Ｖ₆Ｏ₁₃、ＴｉＯ₂、ＴｉＳ₂等が挙げられる。また、
例えばポリアニリン等の導電性ポリマーのような有機化
合物でもよいし、無機化合物、有機化合物及び上記電解
液を適宜混合して用いてもよい。負極の材料としては、
黒鉛が汎用的であるが、これに限定されるものではな
く、リチウムを吸蔵放出可能な炭素材料や酸化物であれ
ばよい。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例を図面とともに説明する。図
１は、本実施例の製造方法により製造された電池を示す
平面図である。この電池１では、正極板、負極板及びセ
パレータからなる発電要素が電解液（図示省略）ととも
に金属ラミネート樹脂フィルムを熱溶着してなる電池ケ
ース２に収納されている。また、電池ケース２の外部か
ら内部へ挿入されるようにして金属管４が設けられてい
る。

【００１７】正極板は、集電体に活物質としてリチウム
コバルト複合酸化物が保持されたものである。集電体
は、厚さ２０μｍのアルミニウム箔である。正極板は、
結着剤であるポリフッ化ビニリデン８部と導電剤である
アセチレンブラック５部とを活物質８７部とともに混合
し、適宜Ｎ−メチルピロリドンを加えてペースト状に調
製した後、その集電体材料の両面に塗布、乾燥すること
によって製作された。

【００１８】負極板の集電体は、厚さ１４μｍの銅箔を
用いた。負極板は、その集電体の両面に、ホスト物質と
してのグラファイト（黒鉛）９０部と結着剤としてのポ
リフッ化ビニリデン１０部とを混合し、適宜Ｎ−メチル
ピロリドンを加えてペースト状に調製したものを塗布、
乾燥することによって製作された。

【００１９】セパレータは、ポリエチレン微多孔膜であ
る。また、電解液は、ＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌ含むエ
チレンカーボネート：メチルエチルカーボネート＝４：
６（体積比）の混合液である。

【００２０】それぞれの寸法は正極板が厚さ１８０μ
ｍ、幅４９ｍｍで、セパレータが厚さ２５μｍ、幅５３
ｍｍで、負極板が厚さ１７０μｍ、幅５１ｍｍとなって
おり、順に重ね合わせてポリエチレンの長方形状の巻芯
を中心として、その周囲に長円渦状に巻いた後、電池ケ
ース２に収納されている。

【００２１】電池ケース２は、図２に断面図として詳細
に示すように最外層に表面保護用の１２μｍのＰＥＴ層
２１を有し、その下にバリア層として９μｍのアルミニ
ウム箔２２をウレタン系接着剤で接着している。さら
に、その下に熱溶着層として１００μｍの酸変性ポリエ
チレン層２３を有するラミネートフィルムからなってい
る。ここで、熱溶着層である酸変性ポリエチレン層には
軟化点が１００℃のものを用いた。

【００２２】また、リード端子３は、図２のように５０
〜１００μｍの銅、アルミ、ニッケルなどの金属導体３
１に金属との接着層となる５０μｍの酸変性ＰＥ層３２
を接着し、その外側に電解液バリア層として７０μｍの
エバール樹脂（クラレ製のエチレンビニルアルコール共
重合樹脂）層３３を設けたものである。これらを図のよ
うに重ねて接着すると良好な気密性が得られる。ここで
は、正極リード端子材料にアルミニウム、負極リード端
子材料にニッケルを用いた。

【００２３】金属管４は、図３に断面図として示すよう
に、電池ケース２の溶着部分おいて、ラミネートフィル
ムの内面とその外周を密着させるようにして設けられ
た。また、金属管４では、冷間圧着により管内が封じら
れている。よって、電池ケース２の気密性は保たれてい
る。なお、本実施例の金属管４では、断面の形状は円形
であるが、これに限定されるものではない。

【００２４】この電池１は、図４に示すような方法にて
製造された。まず、リード端子３が接続された正・負極
板及びセパレータからなる発電要素を、電池ケース２と
なるラミネートフィルムでリード端子３のみ露出するよ
うに包み、ラミネートフィルムの周縁を接着した
（ａ）。ただし、リード端子３の反対側には開口部５を
設けておいた。次に、金属管４を部分的に外部に露出す
るように電池ケース２内に開口部５より挿入した
（ｂ）。そして、この状態で開口部５を熱溶着により封
じ（ｃ）、電池前駆体６を得た。続いて、注射器を用い
て電解液を金属管４を通して電池前駆体６内に注入し
た。このとき、電解液の注入と同時に侵入する気体は金
属管４から外に抜ける。次いで、真空ポンプにより電池
前駆体６内の空気を完全に除去した。最後に、冷間圧着
により金属管４を封口し、設計容量５００ｍＡｈである
電池１を製造した。

【００２５】本実施例よる製造方法による電池１を以下
の試験に供した。まず、本実施例による電池１を１０セ
ル準備し、また比較例として、金属管４を用いることな
く開口部５より電解液を注入した以外は本実施例と同一
条件で製造された電池も１０セル準備した。次に、各電
池を５００ｍＡで定流充電後、４．１０Ｖで定電圧充電
し（合計３時間充電）、５００ｍＡの定電流で２．７５
Ｖまで放電してから電池の容量（試験前容量）を測定し
た。そして、６０℃、９０％ＲＨの条件下で３０日保存
した後、試験前と同条件で放電し、再び容量（残存容
量）を測定した。さらに、各電池を試験前と同条件で再
充電・再放電した後、容量（回復容量）を測定した。ま
た、ラミネートフィルムのアルミニウムが腐蝕していな
いかどうか、電解液が外部に流出していないかどうかを
実体顕微鏡にて観察した。

【００２６】結果を表１に示す。表中、＊印はアルミニ
ウムが腐蝕していた電池であることを示し、＊＊印は電
解液が流出していた電池であることを示す。また、残存
容量及び回復容量の値は、試験前容量に対する百分率
(%)で表示している。

【００２７】

【表１】 ------------------------------------------------------------------ 本実施例比較例試験前容量残存容量回復容量試験前容量残存容量回復容量 ----------------------------- ------------------------------- (mAh) (%) (%) (%) (mAh) (%) (%) (%) 541.7 100 64.6 80.0 *541.7 100 61.5 75.4 516.7 100 64.5 80.6 *466.7 100 62.5 78.6 533.3 100 64.1 79.7 *533.3 100 60.9 75.0 508.3 100 63.9 78.7 *550.0 100 57.6 71.2 525.0 100 65.1 79.4 *516.7 100 61.3 75.8 533.3 100 62.5 79.7 *525.0 100 57.1 69.8 533.3 100 64.1 79.7 **516.7 100 0.0 0.0 525.0 100 63.5 79.4 *525.0 100 55.6 76.2 533.3 100 43.8 84.4 *500.0 100 56.7 76.7 525.0 100 63.5 79.4 **533.3 100 0.0 0.0 ------------------------------------------------------------------

【００２８】表１に見られるように、試験前容量では本
実施例と比較例とで差が無いにも拘わらず、残存容量及
び回復容量については比較例が本実施例よりも低い傾向
があった。これは、比較例では外部より侵入した空気中
の水分によって電気分解反応が起こったためと思われ
る。また、比較例では、２個の電池で電解液の流出が認
められ、残り８個の電池でもアルミニウムの腐蝕が認め
られたが、これらについても外部より侵入した空気に起
因していると言える。それに対して、本実施例では、電
解液の流出もアルミニウムの腐蝕も認められなかった。
以上より、本実施例により製造された電池１は、従来の
電池より気密性に優れていることが明らかとなった。

【００２９】

【発明の効果】本発明によると、気密性の良い電池を効
率的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によって製造された電池を示す平面図で
ある。

【図２】図１のＸＸ断面図である。

【図３】図１のＹＹ断面図である。

【図４】本発明の製造方法を説明する図である。

【符号の説明】

１電池２電池ケース２１ＰＥＴ層、２２アルミニウム箔、２３酸変性ポ
リエチレン層３リード端子３１金属導体、３２酸変性ＰＥ層、３３エバール樹
脂層４金属管５開口部６電池前駆体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発電要素が収納された電池ケースと、電池
ケースの内外を連通するか又は連通可能な管とを備えて
なる電池前駆体から電池を製造する方法であって、前記
管を用いて電解液が注入され、その後に前記管が封口さ
れることを特徴とする電池の製造方法。
【請求項２】前記電池ケースが、少なくとも一層の金属
を有するラミネートフィルムからなる請求項１に記載の
電池の製造方法。
【請求項３】前記管が、金属製である請求項１又は２に
記載の電池の製造方法。