JP2000123860A

JP2000123860A - リチウム二次電池の電解液充填方法および電極端子構造

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Publication number: JP2000123860A
Application number: JP10290832A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nemoto; 宏根本; Masanobu Kito; 賢信鬼頭
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1998-10-13
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2000-04-28
Anticipated expiration: 2018-10-13
Also published as: JP3464612B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電解液の注入と不必要な電解液の排出、なら
びに電池の封止を容易に行うことを可能とすることによ
り、生産工程の簡素化と生産コストの低減、並びにエネ
ルギー密度の向上に寄与するリチウム二次電池の電解液
充填方法および電極端子構造を提供する。【解決手段】正極板と負極板とをセパレータを介し
て、巻芯６外周に捲回してなる内部電極体１に電解液を
含浸してなるリチウム二次電池１０の電解液充填方法で
ある。電池１０の一端面における巻芯６の貫通孔７の外
延上にあたる位置に設けられた電解液注入口１１、もし
くは電池１０の一端面における巻芯６の貫通孔７の外延
上にあたる位置に外部端子１３と一体的に形成された電
解液注入口１１と、貫通孔７を通して、電解液注入用ノ
ズル１２の先端を浅くとも対向する他端側における内部
電極体１の端面の位置ＡＡ’にまで挿入した後に、電解
液を少なくとも内部電極体１が浸漬されるＢＢ’まで注
入し、その後に電池１０内に残留する余剰電解液を電解
液排出用ノズル１２を用いて外部へ排出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解液の注入と
不必要な電解液の排出、ならびに電池の封止を容易に行
うことを可能とすることにより、生産工程の簡素化と生
産コストの低減ならびにエネルギー密度の向上に寄与す
るリチウム二次電池の電解液充填方法および電極端子構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話、ＶＴＲ、ノート型コ
ンピュータ等の携帯型電子機器の小型軽量化が加速度的
に進行しており、その電源用電池としては、正極活物質
にリチウム遷移金属複合酸化物を、負極活物質に炭素質
材料を、電解液にＬｉイオン電解質を有機溶媒に溶解し
た有機電解液を用いた二次電池が用いられるようになっ
てきている。

【０００３】このような電池は、一般的にリチウム二
次電池、もしくはリチウムイオン電池と称せられてお
り、エネルギー密度が大きく、また単電池電圧も約４Ｖ
程度と高い特徴を有することから、前記携帯型電子機器
のみならず、最近の環境問題を背景に、低公害車として
積極的な一般への普及が図られている電気自動車（Ｅ
Ｖ）あるいはハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）のモー
タ駆動電源としても注目を集めている。

【０００４】リチウム二次電池には、電池反応を行う
部分である内部電極体として種々の形態があり、コイン
型電池では正極板と負極板でセパレータを挟んだサンド
イッチ型の内部電極体が用いられる。ここで、正極板お
よび負極板は、それぞれ正極材料および負極材料をプレ
ス成形等により板状（コイン状）に成形したものが好適
に用いられる。

【０００５】また、円筒形のリチウム二次電池にあっ
ては、一般的に図８に示すような、集電用のタブ５が取
り付けられた正極板２と負極板３とを互いに接触しない
ようにセパレータ４を介して中空円筒状の巻芯６の外周
に捲回した捲回型内部電極体１が用いられる。なお、上
述した正極板２と負極板３を小面積に切断して複数枚用
意し、これらをセパレータ４を介して交互に積層した積
層型の内部電極体も提案されている。

【０００６】さて、内部電極体として上記いずれの構
造を採用した場合であっても、これらの内部電極体には
電解液を含浸させる必要がある。ここで、電解液として
は、有機溶媒にリチウム電解質を溶解した非水系電解液
（以下、単に「電解液」という。）ものが用いられ、例
えば、コイン型電池では、電池ケース内に内部電極体を
載置した後に、真空雰囲気下で定量ポンプ等を用いて一
定量の電解液を注入し、電池ケースを封止することで電
解液を充填する手法が採られている。また、捲回型内部
電極体を用いた場合であっても、小容量電池、例えば一
般的な１８６５０（直径１８ｍｍφ、長さ６５ｍｍ）円
筒型電池においては、同様の手法が用いられている。

【０００７】しかしながら、電解液は一般に高価であ
り、電池部材コストにおいて電解液が占める割合は低い
ものではない。にもかかわらず、これら小容量電池にお
いてこのような電解液の充填方法が採られる理由として
は、小容量電池においては、電池内部に内部電極体が占
有しないために余分な電解液（以下、「余剰電解液」と
いう。）が充填される空間の絶対値が小さい為、このよ
うな小空間に充填された電解液のコストが高くないこと
や、小容量電池においては、電池反応部面積も小さく、
必要最小限の電解液量を充填すれば所定の電池特性が得
られること、また、余剰電解液を回収する工程を導入す
ることが却って生産コストを引き上げることにつながる
こと等が挙げられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ＥＶ等へ採用される
大容量電池においては、内部電極体として捲回型または
積層型が用いられるが、大容量化に伴って自然に電池自
体が大型化する。この場合、図８に示した捲回型内部電
極体１を用いた場合には、電池の両端もしくは片端にお
いて集電用のタブ５を収容する空間が広くなり、また、
一般的に巻芯６は中空円筒形であるので、これらの空間
の絶対容積が大きくなる。従って、このような大容量電
池において、上述した小容量電池と同様の手法により電
解液を充填していたのでは、高価な電解液を無駄に使用
して製品コストを引き上げるのみならず、微小ではある
が、電池のエネルギー密度を低下させることとなる。さ
らに、内部電極体以外の金属部材や電池ケースのシール
材等が常に電解液と接触している状態は、電解液の漏洩
や各部材の腐食等、耐久性の点から決して好ましいとは
言えない。

【０００９】また、電池反応面積が広い大型の内部電
極体の内部には、十分に電解液を含浸させる必要があ
り、これが不十分な場合には、所望の電池性能を得るこ
とができなくなるのみならず、個々の電池特性が大きく
ばらつくこととなる。従って、大容量電池においては、
真空雰囲気で内部電極体を過剰な電解液に浸して十分に
含浸処理を行った後、余剰電解液を除去することが好ま
しい。

【００１０】そこで大容量電池において、電解液の充
填を小容量電池と同様の方法を用いて行う場合には、例
えば図７に示すように、先ず一方の端部７１が封止され
た電池７０を、その封止された端部７１を下側にしてグ
ローブボックス等内に載置し、真空雰囲気とした後に、
上部の解放された別の端部７２から、定量ポンプ等で送
られてくる電解液をノズル７３等を用いて注入し、液面
位置が下がらなくなるまで、都度、電解液を注入しつ
つ、所定時間ほど電解液の含浸処理を行う。次に、グロ
ーブボックス等内を不活性ガスでパージした後、電池７
０を逆さにして余剰電解液を排出し、最後に解放されて
いた端部７２を封止する、といった手法が考えられる。

【００１１】ところが、このような電池上部から電解
液を注入する方法では、真空雰囲気下において、内部電
極体の上部から主に電解液の含浸が始まるために、内部
電極体下部において発生する気泡が電池上部から抜けに
くくなり、真空雰囲気での保持時間が長くかかることと
なる。この場合、電解液に揮発性の高い有機溶媒が単独
で用いられている場合には、溶媒の蒸発によって電解質
濃度が変化する問題が生ずる。また、揮発性有機溶媒が
他の不揮発性溶媒等と混合して用いられている場合に
は、揮発性有機溶媒が優先的に蒸発することによって混
合比にずれが生じ、同時に電解質濃度も変化する問題を
招く。そして、これらいずれの場合においても、電解液
の特性が発揮されないこととなる。

【００１２】さらに、大容量電池の場合には、電池自
体の形状が大きいために、グローブボックス等内で、電
池の開放端を封止することは、封止装置のグローブボッ
クス等内載置によるグローブボックス等の大型化、グロ
ーブボックス等の大型化による真空度の低下や真空ポン
プの大型化、パージガスの大量消費等、種々の問題を引
き起こし、現実的ではない。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような
従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その主目的
は、特に大容量電池の作製方法における電解液の充填方
法を簡素化し、その充填方法に適した電池の構造を提供
することにある。すなわち、本発明によれば、正極板と
負極板とをセパレータを介して、巻芯外周に捲回してな
る内部電極体に電解液を含浸してなるリチウム二次電池
の電解液充填方法であって、電池の一端面における当該
巻芯の貫通孔の外延上にあたる位置に設けられた電解液
注入口、もしくは電池の一端面における当該巻芯の貫通
孔の外延上にあたる位置に外部端子と一体的に形成され
た電解液注入口と、当該貫通孔を通して、電解液注入用
ノズルの先端を浅くとも対向する他端側における当該内
部電極体の端面の位置にまで挿入した後に、電解液を少
なくとも当該内部電極体が浸漬されるまで注入し、その
後に電池内に残留する余剰電解液を電解液排出用ノズル
を用いて外部へ排出することを特徴とするリチウム二次
電池の電解液充填方法、が提供される。

【００１４】このような本発明の電解液充填方法は、
電解液注入口が電池の一端面の中央部に設けられ、およ
び／または巻芯が電池の中央に配置されている電池に電
解液を充填する場合に好適に用いられる。また、電解液
注入用ノズルと電解液排出用ノズルを１つのノズルで兼
用して用いることが、電解液充填作業を簡単なものとす
る点から、好ましい。また、電解液注入用ノズルまたは
電解液排出用ノズルの先端を電池の他端（底部）にまで
挿入して電解液の注入または排出を行うと、余剰電解液
をより多く排出することができ、好ましい。このとき、
電池他端の内側中央部に窪み部が設けられ、もしくはこ
の電池他端の中央部が外側に凸状に形成されることで窪
み部が設けられていると、この窪み部に余剰電解液が残
留し易くなり、これを電解液排出用ノズルを用いて容易
に排出することができるようになる。そして、余剰電解
液の排出後に、電解液注入口を、外部からネジ止めもし
くは圧入もしくはシール材の充填により閉塞することが
可能であることが、電池の作製工程簡素化の面から好ま
しい。

【００１５】さらに、電池ケースの胴体部材としてパ
イプを用い、蓋がパイプ両端を閉塞するように、パイプ
の端部をかしめ加工して電池を封止した後に、電解液の
注入／排出を行うと、電池の作製工程を簡素化すること
ができ、好ましい。なお、本発明の電解液充填方法は、
２Ａｈ以上の電池容量を有する電池に好適に適用される
が、捲回型内部電極体を用いた従来の小型電池に適用す
ることができることはいうまでもない。

【００１６】さらに、本発明によれば、上述した電解
液充填方法を容易に行うべく、正極板と負極板とをセパ
レータを介して、巻芯外周に捲回してなる内部電極体に
電解液を含浸してなるリチウム二次電池の電極端子構造
であって、電池の一端面における当該巻芯の貫通孔の外
延上にあたる位置に電解液注入口が設けられ、もしくは
電池の一端面における当該巻芯の貫通孔の外延上にあた
る位置に外部端子と一体的に電解液注入口が設けられて
いることを特徴とするリチウム二次電池の電極端子構
造、が提供される。

【００１７】この電極端子構造においては、電解液注
入口は電池の一端面の中央部に設けられ、および／また
は巻芯が電池の中央に配置されていることが好ましい。
また、電解液注入口が、外部からネジ止めもしくは圧入
もしくはシール材の充填により閉塞することが可能であ
ることが好ましい。また、１以上の内部端子と、その内
部端子に接続されるタブが、内部電極体の巻芯をその巻
芯の軸方向（長さ方向）に外延した領域に掛かることな
く配設されていること、すなわち、上述した通り、電解
液注入口からは電解液注入用／排出用ノズルを出し入れ
する必要があるので、このノズルの出し入れの障害とな
らない位置に内部端子とタブがあるようにすることが好
ましい。

【００１８】さらに、電解液注入口が形成されていな
い別の電池端面の内側中央部に窪み部が形成され、もし
くは、この電池端面の中央部が外側に凸状に形成される
ことで窪み部が設けられていると、この窪み部に余剰電
解液が残留し易くなり、電解液排出用ノズルを用いて容
易に排出することができるようになる。なお、本発明の
電極端子構造は、胴体部材としてパイプを用い、かつ、
蓋がパイプ両端を閉塞するように、パイプの端部をかし
め加工して形成された電池ケースを用いる場合に好適に
用いられ、また２Ａｈ以上の電池容量を有する電池に好
適に適用されるが、この電池容量未満の捲回型内部電極
体を用いた電池に適用することを排除する理由はない。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明するが、本発明がこれらの
実施の形態に限定されるものでないことはいうまでもな
い。本発明におけるリチウム二次電池においては、先に
図８を引用して説明したように、正極板２と負極板３と
をセパレータ４を介して、巻芯６の外周に捲回してなる
内部電極体１に電解液を含浸する。ここで具体的には、
正極板２はアルミニウム、チタン等、負極板３は銅、ニ
ッケル等の金属箔を電極基板（集電体）とし、それぞれ
の電極基板の両面に電極活物質を塗布して電極活物質層
を形成することにより作製される。また、タブ５は、正
極板２と負極板３をセパレータ４とともに捲回する時点
で、超音波溶接等の手段により電極基板の一辺に取り付
けられる。このとき、１つのタブ５が正極板２と負極板
３のそれぞれ一定面積から集電を行えるように、ほぼ等
間隔に配設されることが好ましく、タブ５の材質はタブ
５が取り付けられる電極基板と同材質とされる場合が多
い。巻芯６としては貫通孔（中空部分）７を有する筒状
部材が好適に用いられる。

【００２０】正極板２の作製に使用される正極活物質
は、特に限定されるものではなく、コバルト酸リチウム
（ＬｉＣｏＯ₂）やニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉ
Ｏ₂）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ₂Ｏ₄）等のリチ
ウム遷移金属複合酸化物が好適に用いられ、アセチレン
ブラック等の炭素微粉末を導電助材として加えることが
好ましい。一方、負極活物質としては、ソフトカーボン
やハードカーボンといったアモルファス系炭素質材料
や、人造黒鉛や天然黒鉛等の高黒鉛化炭素質粉末が用い
られる。これらの各極の電極活物質はスラリー化され、
それぞれの電極基板の両面へ塗布、固着されて電極板２
・３が作製される。

【００２１】また、セパレータ４としては、マイクロ
ポアを有するリチウムイオン透過性のポリエチレンフィ
ルム（ＰＥフィルム）を、多孔性のリチウムイオン透過
性のポリプロピレンフィルム（ＰＰフィルム）で挟んだ
三層構造としたものが好適に用いられる。これは、内部
電極体１の温度が上昇した場合に、ＰＥフィルムが約１
３０℃で軟化してマイクロポアが潰れ、リチウムイオン
の移動すなわち電池反応を抑制する安全機構を兼ねたも
のである。そして、このＰＥフィルムをより軟化温度の
高いＰＰフィルムで挟持することによって、ＰＥフィル
ムが軟化した場合においても、ＰＰフィルムが形状を保
持して正極板２と負極板３の接触・短絡を防止し、電池
反応の確実な抑制と安全性の確保が可能となる。

【００２２】電解液としては、エチレンカーボネート
（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチル
カーボネート（ＤＭＣ）といった炭酸エステル系のも
の、プロピレンカーボネート（ＰＣ）やγ−ブチロラク
トン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル等の有機溶
媒の単独溶媒もしくは混合溶媒に、電解質としてのＬｉ
ＰＦ₆やＬｉＢＦ₄等のリチウム錯体フッ素化合物、ある
いはＬｉＣｌＯ₄といったリチウムハロゲン化物等を１
種類もしくは２種類以上を溶解した非水系の有機電解液
が好適に用いられる。このような電解液は、電池ケース
内に充填されるとともに、内部電極体１に含浸される。

【００２３】ここで、図１に本発明の電解液充填方法
と電極端子構造の一形態を示す説明図を示す。ここで、
電池１０における電池ケースの胴体部材としてはパイプ
２３が用いられており、蓋２１・２２が、パイプ２３の
両端面を封止するように、パイプ２３にかしめ加工が施
されている。電池ケースをこのようなパイプ２３と蓋２
１・２２から構成すると、内部電極体１をパイプ２３中
に挿入し、パイプ２３の所定位置に絞り加工部２４を設
けて内部電極体１の上下方向の移動を抑制し、さらに、
タブ５を内部端子１４へ接続し、蓋２１・２２によりパ
イプ２３の両端を閉塞するといった作業を容易に行うこ
とができ、好ましい。なお、内部端子１４とは、内部電
極体１からの電流の取り出しのために、タブ５を一時的
に集合接続させる部材をいう。

【００２４】また、電池１０の一端面の蓋２１（この
蓋２１を上側とする。）における巻芯６の貫通孔７の外
延上にあたる位置には、電解液注入口１１が設けられて
いる。このような構造とすることにより、電解液の注入
や排出を行うノズル（以下、「ノズル」という。）１２
の先端を、電解液注入口１１と貫通孔７を通して電池１
０の他端まで挿入することが可能となる。なお、１本の
ノズル１２を用いて、電解液の注入と排出の両方を行う
ことが好ましいが、電解液注入用のノズルと、電解液排
出用のノズルとを使い分けて用いても構わない。

【００２５】さて、電池１０は、電解液を充填する
際、グローブボックス等の雰囲気調整が可能な空間に載
置される。上述した通り、電池１０の両端は既に蓋２１
・２２により封止されているので、電解液の充填が終了
した後に電池１０の端部封止を行う必要がなく、従っ
て、封止作業を行う装置等をグローブボックス等内に載
置する必要がない。このため、グローブボックス等とし
て、電池１０の大きさに応じた小型のものを用いること
ができる。

【００２６】グローブボックス等内を真空ポンプを用
いて真空雰囲気とすると、電池１０には電解液注入口１
１が設けられているので、電池１０の内部も当然に同じ
真空雰囲気となる。ここでは真空度を０．１ｔｏｒｒ
（１３．３Ｐａ）程度より高真空の状態となるようにす
ることが好ましい。

【００２７】この状態において、ノズル１２の先端
を、電解液注入口１１を通し、次に巻芯６の貫通孔７を
通して、浅くとも対向する他端（底部）側における内部
電極体１の端面の位置、すなわち図１中の破線ＡＡ’で
示される位置にまで挿入した後に、電解液を少なくとも
内部電極体１が浸漬されるまで、すなわち図１中の破線
ＢＢ’で示される位置まで注入する。ここで、ノズル１
２の先端を電池１０内の最下部（蓋２２）まで挿入する
と、電解液の跳ねを抑え、確実に内部電極体１の底面側
の端面から電解液の含浸を開始することができる。

【００２８】なお、電解液の含浸処理中は、電解液が
沸騰しない程度の真空度に保つことが好ましく、このと
きの真空度は使用する電解液を構成する溶媒の物性に大
きく依存する。また、ノズル１２はグローブボックス等
内を真空雰囲気とする前に予め電池１０内に挿入してお
いてもよい。ノズル１２の材質としては、電解液による
腐食を受けない金属あるいは樹脂が用いられ、ノズル１
２はチューブやパイプ等を介してグローブボックス等外
に置かれた電解液貯蔵タンクと接続され、定量ポンプ等
を用いて電解液貯蔵タンクから電解液が送られる。当然
に、ノズル１２の根元やチューブあるいはパイプ等の途
中にはストップバルブ等が設けられる。

【００２９】このようにして電解液を電池１０の下部
から満たしていくことにより、電解液は内部電極体１に
おいて下部から上部へ向かって含浸し、内部電極体１内
部から発生する気泡は、電解液の含浸していない空間を
抜けることができるようになるため、電解液の含浸を効
果的に行うことができるようになる。こうして、電解液
の注入時間を短縮することが可能となり、この場合、電
解液に揮発性の高い溶媒が含まれている場合であって
も、その蒸発量が最小限に抑えられ、電解液特性の低下
の回避が図られる。

【００３０】さて、通常、内部電極体は電池の中央に
配置され、このとき内部電極体の巻芯は必然的に電池の
中央に配置されることとなる。このため、円柱型の内部
電極体１を用いた電池１０の場合には、電解液注入口１
１は、図１中の電極端子構造に示されるように、外部端
子１３と電解液注入口１１とが一体化されて電池１０の
一端面の蓋２１の中央部に配設されることが、後述する
ように、電池１０どうしの直列接続を容易とする点から
も好ましい。なお、外部端子１３とは、電池の電流を外
部に取り出すために、電池１０の外側に配設される部材
であることは言うまでもない。

【００３１】また、図２の断面図は別の電極端子構造
を表したものであるが、電解液注入口１１が電池１０の
一端面の蓋２１の中央部に形成されるとともに外部端子
１５が電解液注入口１１を閉塞しない位置において蓋２
１に配設される構造としても構わない。

【００３２】一方、電池１０の内部に着目すると、図
１中に示されるように、内部端子１４およびその内部端
子１４に接続されるタブ５は、巻芯６を巻芯６の軸方向
（長さ方向）に外延した領域、すなわち、電解液注入口
１１から内部電極体１の巻芯６の上端に至る領域９８、
および巻芯６の下端から電池１０の底部側の蓋２２に至
る領域９９から外れた位置に配設されていることが好ま
しい。これは、上述した通り、電解液注入口１１からノ
ズル１２を出し入れする必要があるので、このノズル１
２の出し入れの障害とならない位置に内部端子１４とタ
ブ５が配置されるようにすることが望ましいためであ
る。なお、このような理由によれば、厳密には領域９８
・９９は、貫通孔７をその軸方向に外延した領域であれ
ばよいが、領域９８・９９を上述のように広く取ること
に問題はない。

【００３３】なお、内部端子１４は、図１の電池１０
に示されるように、電池１０の一方の端面に１箇所に限
定して配設されるものではなく、図２に示されるよう
に、電池１０の一方の端面に２箇所設けてもよく、さら
にこれ以上配設しても構わない。ここで、蓋２１・２２
としては、金属部材が好適に用いられるので、この場合
には内部端子１４と外部端子１３とは必然的に導通す
る。一方、蓋２１・２２として絶縁部材を用いた場合に
は、蓋２１・２２の外周を通して、あるいは蓋２１・２
２に導通孔を設けること等により、内部端子１４と外部
端子１３の電気的接続を行えばよい。

【００３４】ところで、本発明の電解液充填方法によ
れば、電解液注入口１１以外は密閉された構造となって
いるために電解液の水位を従来のように目視で観察する
ことは困難である。このため、電解液の総注入量は、先
に図７を引用して説明したように、上部が開放された電
池に電解液を注入した場合に、内部電極体が完全に電解
液に浸されるときの最低水位となるだけの量を予め測定
して決定しておけばよい。

【００３５】また、図３に示すように、電池１０に設
けられた正極、負極の各外部端子１３間の交流インピー
ダンスをインピーダンスアナライザ４１等を用いて測定
することにより、電解液の含浸の終了を判断することが
できる。但し、この場合には、電解液として電解質を含
まない有機溶媒のみからなる溶媒を用いる。このような
溶媒を用いることによって、電解質が交流インピーダン
スに及ぼす影響が排除され、交流インピーダンスが直接
に溶媒の含浸面積を反映することとなる。

【００３６】図４は、この方法により、周波数１００
Ｈｚにおいて、本発明による内部電極体の下部からの電
解液充填方法と、従来の図７に示した上部からの電解液
充填方法を用いた場合の電解液含浸時間と交流インピー
ダンスの変化との関係を調べた結果の一例である。ここ
で電解液含浸時間とは、真空雰囲気において電解液の注
入を開始した後から真空雰囲気を保持する時間をいう。
図４より、従来の電解液充填方法によれば、交流インピ
ーダンスがある一定の値に低下するまで約２時間の電解
液含浸時間を必要としていたのに対し、本発明の電解液
充填方法によれば、同等の含浸処理を約３０分で行うこ
とができるようになる。こうして、電池の作製時間の短
縮と電解液の特性の確保が図られる。なお、ここでは正
極の電極基板として幅２００ｍｍ、長さ３６００ｍｍ、
負極の電極基板として幅２００ｍｍ、長さ４０００ｍｍ
の大きさのものを捲回して作製した内部電極体を、内径
４８ｍｍφの電池ケースに収容したものを用いている。
また、溶媒としては、ＥＣとＤＥＣの等量混合溶媒を用
いている。

【００３７】次に、電解液の含浸処理が終了した後、
グローブボックス等内を窒素やアルゴンといった不活性
ガスでパージし、その後に電池１０内に残留する余剰電
解液をノズル１２を用いて外部へ排出する。このとき、
貫通孔７内やタブ５の配置スペース等に充填された余剰
電解液をより多く排出するために、ノズル１２の先端は
電池１０内の底部にまで挿入されていることが好まし
い。ここで、図５（ａ）の断面図に示すように、電池１
０の底部を形成する蓋２２の内側中央部に窪み部３１が
設けられていると、この窪み部３１に電解液が流れ込む
ようになるため、残留する余剰電解液をさらに多く排出
することができるようになる。なお、図５（ｂ）の断面
図に示すように、蓋２２をその中央部が外側へ凸となる
ように膨らませて、窪み部３１を形成しても構わない。

【００３８】余剰電解液を排出した後に、グローブボ
ックス等内で電解液注入口１１を閉塞する。この閉塞作
業が簡便な方法によって行うことができると、グローブ
ボックス等として電池１０の大きさに合わせた小型のも
のを用いることができ、前述した電池１０の端部を封止
するための装置を載置する必要がないことと併せて、設
備費の低減とパージガスの使用量の低減を図ることがで
きる。

【００３９】ここで、電解液注入口１１は、外部から
ネジ止めもしくは圧入もしくはシール材の充填といった
簡便な封止方法により閉塞することが可能であることが
好ましい。ネジ止めは、図１に示した外部端子１３に電
解液注入口１１を閉塞するネジを填め込む方法や、図６
（ａ）の断面図に示すように、電解液注入口１１をネジ
状に形成して、その形状に相補するネジ１６で止めるこ
とで、容易に行うことができる。電解液注入口１１が形
成される蓋２１が薄い場合には、図６（ｂ）の断面図に
示すように、蓋２１の片面または両面にネジを切った突
起部１７を設け、相補形状のネジ１６で止めればよい。
また、圧入は、図６（ｃ）の断面図に示すように、電解
液注入口１１に電池内側で径が小さくなるような僅かな
勾配を設けて、その形状と嵌合する金属部品１８等を圧
入することで行うこともできる。さらに、シール材の充
填は、樹脂等を用いて行うことが可能であり、電解液注
入口１１の開口面積が小さい場合には、金属ロウを極部
加熱により溶融させて電解液注入口１１を封止すること
も可能である。

【００４０】さて、こうして電解液注入口１１が封止
されると電池が完成するが、ここで、作製された電池の
用途として、例えば、ＥＶやＨＥＶ等のモータ駆動用を
考える。この場合、モータ駆動のために１００〜２００
Ｖといった電圧が必要となるため、複数の電池を直列に
接続する必要がある。そこで、図１中に示される電池１
０の電極端子構造のように、電池１０の両端に正負各電
極の外部端子１３を別々に設け、かつ、これらの外部端
子１３を電池１０の端面の中央に配設すると、電池間の
接続が容易となり、好ましい。つまり、電解液注入口１
１は図１中の電極端子構造に示されるように、外部端子
１３と一体化されて形成されていることが好ましい。電
解液注入口１１が形成されていない電池１０の他端の外
部端子１３を端面の中央に配設することには、何ら支障
はない。

【００４１】以上、本発明の電解液充填方法およびこ
の電解液充填方法の実施を容易ならしめる電極端子構造
について説明してきたが、本発明が上述した実施の形態
に限定されるものでないことはいうまでもない。例え
ば、上記実施の形態は断面略円形の巻芯を用いたもので
あるが、断面略楕円形、長円形等の巻芯を用いることに
何ら問題はなく、こうして得られる断面略楕円形、長円
形等の内部電極体を収容した電池ケースにおいて、その
巻芯の貫通孔の外延上に電解液注入口を設けることがで
きることは言うまでもない。つまり、本発明は、円柱型
電池にのみ適用されるものではなく、貫通孔を有する巻
芯を用いた電池全てに適用することができるものであ
る。

【００４２】また、電池ケースについては、電池が小
型化されれば、有底筒型容器に内部電極体を挿入して電
池を組むことが容易となってくる。この場合にあって
は、有底筒型容器の底の部分に、最初から窪み部を設け
ることが可能であり、本発明の電極端子構造を適用する
ことができる。さらに、リチウム二次電池には、過充電
や過放電時に電池内圧が上昇することによって起こり得
る電池の破裂に対する安全機構として、放圧機構が電池
端部に設けられることが一般的であるが、本発明の電極
端子構造が、この放圧機構の配設に悪影響を及ぼさない
ことはいうまでもなく、例えば、図１記載の電池１０に
おいても、その蓋２１・２２に破裂溝を形成することが
可能である。

【００４３】本発明の電解液充填方法および電極端子
構造は、特に２Ａｈ以上の比較的大きな容量を有する電
池の作製に好適に適用されるが、捲回型内部電極体を用
いたこれよりも小容量の電池にも適用することができる
ことはいうまでもない。

【００４４】

【発明の効果】上述の通り、本発明のリチウム二次電
池の電解液充填方法および電極端子構造は、電解液の充
填を短時間で行うことができるようになるために、製造
コストの低減と電解液の特性が安定ひいては電池特性の
安定という顕著な効果を奏する。また、余剰電解液を排
出して再利用することができることからも製造コストの
低減を図ることができる。さらに、余剰電解液が電池内
残留量が低減されることから、電解液の漏洩や電池内に
配設された各種の部品の電解液による腐食も防止するこ
とが可能となる。加えて、電解液注入後に不活性雰囲気
下で電池ケースの端面を封止する必要が無いので、グロ
ーブボックス等の小型化等、設備費の低減や不活性ガス
の消費量の低減が図られると共に、製造工程が簡素化さ
れる効果をも奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電解液充填方法と電極端子構造の一
形態を示す説明図である。

【図２】本発明の電極端子構造の別の形態を示す断面
図である。

【図３】電解液含浸時間測定方法の一例を示す説明図
である。

【図４】電解液含浸時間と交流インピーダンスの変化
との関係を示すグラフである。

【図５】本発明に好適に用いられる電池底部の蓋の一
実施形態を示す断面図である。

【図６】本発明に好適に用いられる電解液注入口の形
態の一例を示す断面図である。

【図７】従来法による電解液の充填方法の一例を示す
説明図である。

【図８】捲回型内部電極体の一般的な構造を示す斜視
図である。

【符号の説明】１…内部電極体、２…正極板、３…負極板、４…セパレ
ータ、５…タブ、６…巻芯、７…貫通孔、１０…電池、
１１…電解液注入口、１２…電解液注入用／排出用ノズ
ル、１３…外部端子、１４…内部端子、１５…外部端
子、１６…ネジ、１７…突起部、１８…金属部材、２１
…（上）蓋、２２…（下）蓋、２３…電池ケース、２４
…絞り加工部、３１…窪み部、４１…インピーダンスア
ナライザ、７０…電池、７１・７２…端部、７３…ノズ
ル、９８・９９…巻芯の外延領域。

フロントページの続きＦターム(参考） 5H022 AA09 BB00 CC00 CC02 KK10 5H023 AA03 AS06 BB03 CC01 DD10 5H029 AJ03 AJ14 AK03 AL06 AL07 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ14 CJ01 CJ07 CJ13 DJ04 DJ05 HJ19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極板と負極板とをセパレータを介し
て、巻芯外周に捲回してなる内部電極体に電解液を含浸
してなるリチウム二次電池の電解液充填方法であって、電池の一端面における当該巻芯の貫通孔の外延上にあた
る位置に設けられた電解液注入口、もしくは電池の一端
面における当該巻芯の貫通孔の外延上にあたる位置に外
部端子と一体的に形成された電解液注入口と、当該貫通
孔を通して、電解液注入用ノズルの先端を浅くとも対向
する他端側における当該内部電極体の端面の位置にまで
挿入した後に、電解液を少なくとも当該内部電極体が浸
漬されるまで注入し、その後に電池内に残留する余剰電
解液を電解液排出用ノズルを用いて外部へ排出すること
を特徴とするリチウム二次電池の電解液充填方法。
【請求項２】当該電解液注入口が電池の一端面の中央
部に設けられ、および／または当該巻芯が電池の中央に
配置されている電池に適用されることを特徴とする請求
項１記載のリチウム二次電池の電解液充填方法。
【請求項３】当該電解液注入用ノズルと当該電解液排
出用ノズルを１つのノズルで兼用して用いることを特徴
とする請求項１または２記載のリチウム二次電池の電解
液充填方法。
【請求項４】当該電解液注入用ノズルまたは当該電解
液排出用ノズルの先端を電池他端にまで挿入し、当該電
解液の注入または排出を行うことを特徴とする請求項１
〜３のいずれか一項に記載のリチウム二次電池の電解液
充填方法。
【請求項５】当該電池他端の内側中央部に窪み部が設
けられ、もしくは当該電池他端の中央部が外側に凸状に
形成されることで窪み部が設けられ、当該窪み部に残留
する当該余剰電解液を、当該電解液排出用ノズルを用い
て排出することを特徴とする請求項４記載のリチウム二
次電池の電解液充填方法。
【請求項６】当該余剰電解液の排出後に、当該電解液
注入口が外部からネジ止めもしくは圧入もしくはシール
材の充填により閉塞することを特徴とする請求項１〜５
のいずれか一項に記載のリチウム二次電池の電解液充填
方法。
【請求項７】電池ケースの胴体部材としてパイプが用
いられ、蓋が当該パイプの両端を閉塞するように、当該
パイプの端部をかしめ加工して電池が封止された後に、
当該電解液の注入／排出を行うことを特徴とする請求項
１〜６のいずれか一項に記載のリチウム二次電池の電解
液充填方法。
【請求項８】２Ａｈ以上の電池容量を有する電池に適
用されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項
に記載のリチウム二次電池の電解液充填方法。
【請求項９】正極板と負極板とをセパレータを介し
て、巻芯外周に捲回してなる内部電極体に電解液を含浸
してなるリチウム二次電池の電極端子構造であって、電池の一端面における当該巻芯の貫通孔の外延上にあた
る位置に電解液注入口が設けられ、もしくは電池の一端
面における当該巻芯の貫通孔の外延上にあたる位置に外
部端子と一体的に電解液注入口が設けられていることを
特徴とするリチウム二次電池の電極端子構造。
【請求項１０】当該電解液注入口が電池の一端面の中
央部に設けられ、および／または当該巻芯が電池の中央
に配置されていることを特徴とする請求項９記載のリチ
ウム二次電池の電極端子構造。
【請求項１１】当該電解液注入口が、外部からネジ止
めもしくは圧入もしくはシール材の充填により閉塞する
ことが可能であることを特徴とする請求項９または１０
記載のリチウム二次電池の電極端子構造。
【請求項１２】１以上の内部端子と、当該内部端子に
接続されるタブが、当該内部電極体の巻芯を当該巻芯の
軸方向に外延した領域に掛かることなく配設されている
ことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載
のリチウム二次電池の電極端子構造。
【請求項１３】当該電解液注入口が形成されていない
電池の端面の内側中央部に窪み部が形成され、もしくは
当該端面の中央部が外側に凸状に形成されることで窪み
部が設けられていることを特徴とする請求項９〜１２の
いずれか一項に記載のリチウム二次電池の電極端子構
造。
【請求項１４】胴体部材としてパイプを用い、蓋が当
該パイプの両端を閉塞するように当該パイプの端部をか
しめ加工して形成される電池ケースが用いられているこ
とを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載の
リチウム二次電池の電極端子構造。
【請求項１５】２Ａｈ以上の電池容量を有する電池に
適用されることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか
一項に記載のリチウム二次電池の電極端子構造。