JP2003092149A - 非水電解質二次電池およびその製造方法 - Google Patents
非水電解質二次電池およびその製造方法Info
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Abstract
電池の提供。 【解決手段】 正極と負極と非水溶媒と支持塩を含む電
解液とセパレータとガスケットからなる非水電解質二次
電池の製造方法において、正極と負極と非水溶媒と電解
液とセパレータとガスケットを、かしめ封口により非水
電解質二次電池内部に組み立てる工程と、加熱する工程
により非水電解質二次電池を製造する。ここで加熱後、
電池の外部への接続端子を溶接することも可能である。
加熱温度は180℃から300℃が可能である。ただ
し、上限の温度は用いるガスケット材質の融点以下に設
定する必要がある。加熱工程における時間に対する温度
のプロファイルと、前記リフローはんだ付けの時間に対
する温度のプロファイルとの差が、0〜150℃の加熱
領域において±50%以内であることが好ましい。
Description
出可能な物質、リチウム金属または合金負極を負極活物
質とし、リチウムを吸蔵放出可能な物質を正極の活物質
とし、リチウムイオン導電性の非水電解質を用いるコイ
ン型(ボタン型)非水電解質二次電池のなかでリフロー
はんだ付け実装可能な非水電解質二次電池およびその製
造方法に関するものである。
質二次電池は、高エネルギー密度、軽量であるといった
特徴により、機器のバックアップ用の電源としての用途
が増加している。
として用いる場合、該電池にハンダ付用の端子を溶接し
た後、メモリー素子とともにプリント基板上にハンダ付
け実装されることが多い。従来、プリント基板上へのハ
ンダ付は、ハンダごてを用いて行なわれていたが、機器
の小型化あるいは高機能化にともない、プリント基板の
同一面積内に搭載される電子部品を多くする必要が生じ
ハンダ付のためにハンダごてを挿入する隙間を確保する
ことが困難となってきた。また、ハンダ付け作業もコス
トダウンのため自動化が求められていた。
付を行なう部分にハンダクリーム等を塗布しておきその
部分に部品を載置するか、あるいは、部品を載置後ハン
ダ小球をハンダ付部分に供給し、ハンダ付部分がハンダ
の融点以上、例えば、200〜260℃となるように設
定された高温雰囲気の炉内に部品を搭載したプリント基
板を通過させることにより、ハンダを溶融させてハンダ
付を行なう方法が用いられている(以下リフローハンダ
付という)。
でリフローハンダ付け実装可能な非水電解質二次電池
は、電解液に有機溶媒、正極に金属酸化物、負極には何
等かの形で製造工程においての活物質にリチウムを加え
たものを用いている。これらの電池に用いる構成物は、
電池そのものの性格上活性なものが多い。そのため、製
造工程のばらつきでこれらの構成物の比率が変化する
と、電池を製品基板に実装するリフローハンダ付けにお
いて、膨らみ、漏液(電解液が電池外部に漏れること)
を起こす場合があった。
電解質二次電池は、リフローハンダ付け後の電池性能を
保証しなければならない。製造のばらつきにより、電池
内の異物(水分等)が若干多い場合がある。常温におけ
る電池特性はほとんど変化がないが、リフローハンダ付
け後や保存後急激に電池特性が劣化することがあった。
と非水溶媒と支持塩を含む電解液とセパレータとガスケ
ットからなる非水電解質二次電池の製造方法において、
正極と負極と非水溶媒と電解液とセパレータとガスケッ
トを、かしめ封口により非水電解質二次電池内部に組み
立てる工程と、加熱する工程により非水電解質二次電池
を製造した。ここで加熱後、電池の外部への接続端子を
溶接することも可能である。加熱温度は180℃から3
00℃が可能である。ただし、上限の温度は用いるガス
ケット材質の融点以下に設定する必要がある。
池配置する実装方法において、正極と負極と非水溶媒と
電解液とセパレータとガスケットを、かしめ封口により
前記非水電解質二次電池内部に組み立てる組立工程と、
加熱工程と、前記回路基板上に前記非水電解質二次電池
を配置しリフローはんだづけする工程により回路基板上
に電池を実装した。ここで組立工程の後に、前記非水電
解質二次電池に接続端子を溶接することも可能である。
そして加熱工程における時間に対する温度のプロファイ
ルと、前記リフローはんだ付けの時間に対する温度のプ
ロファイルとの差が、0〜150℃の加熱領域において
±50%以内であることが好ましい。
の時間の差が、0〜150℃の加熱領域において±50
%以内であることが好ましい。
のプロファイルと、リフローはんだ付けの時間に対する
温度のプロファイルとの差が、150〜180℃の加熱
領域において±20%以内であることが好ましい。
の工程の時間の差が、150〜180℃の加熱領域にお
いて±20%以内であることが好ましい。
プロファイルと、リフローはんだ付けの時間に対する温
度のプロファイルとの差が、180℃〜300℃の加熱
領域において±10%以内であることが好ましい。
工程の時間の差が、180℃〜300℃の加熱領域にお
いて±10%以内であることが好ましい。
にアスファルトを有する非水電解質二次電池のシール材
を使用する。ここでアスファルトが前記ゴム系接着剤の
表面に互いに離間した点状に複数有することが好まし
い。
あることが好ましい。さらにゴム系接着剤の内部に前記
アスファルトを有することが好ましい。
%以上50%以下であることが好ましい。さらに、アス
ファルトが前記ゴム系接着材の5%以上20%以下であ
ることが好ましい。
トまたはストレートアスファルトであることが好まし
い。
ることが好適である。
を混合し、加熱した非水電解質二次電池のシール材を使
用した。
ファルトを混合し、加熱する非水電解質二次電池のシー
ル材の製造方法を使用した。ここで、ゴム系接着剤がブ
チルゴム系であることが好ましい。ここで、混合を有機
溶媒で行うと良い。さらに、有機溶媒がトルエンである
ことが好ましい。
を有機溶媒で溶解し、正極缶の内面に塗布し、乾燥し、
正極と負極と非水溶媒と電解液とセパレータとガスケッ
トを、かしめ封口により非水電解質二次電池内部に組み
立てる工程と、加熱する工程により非水電解質二次電池
の製造を行う。ここで、アスファルトがストレートアス
ファルトであることが好ましい。さらに、乾燥の温度が
80度以上であることが好ましい。
ファルトも使用可能である。この場合、乾燥の温度は1
00度以上が好適である。
すしるしを形成することにより、完成品と中間品との区
別ができる。
塩を含む電解液とセパレータとガスケットと外部への接
続端子を有する非水電解質二次電池において、製造工程
で一度加熱されていることを示すしるしを有することを
特徴とする非水電解質二次電池とした。
塩を含む電解液とセパレータとガスケットからなり、略
リフロー温度の加熱したことを特徴とする非水電解質二
次電池とした。
め、リフローハンダ付け実装可能な非水電解質二次電池
の製造において、非水電解質二次電池組立後、リフロー
ハンダ付け工程における時間に対する温度のプロファイ
ルと近いプロファイルで電池の熱処理を行った。その
後、電池特性および外観検査を行い、品質に以上のない
ものについて製造番号と熱処理済みである印として”
H”を印字し、端子を溶接した。
が、ハンダめっきを施した端子の場合は加熱時の容器へ
の付着等を考慮しなければならない。
水電解質二次電池において、負極は、リチウム、リチウ
ム合金、リチウムをドーピングした酸化物、リチウムを
ドーピングした炭素などが用いられる。リチウムは非常
に活性な金属であるため、製造のばらつきにより添加量
が増えたり、倍の量が入ってしまったりすると、リフロ
ーハンダ付けの温度で非常に不安定になり、電池の膨ら
み破裂の原因となる。
リブデン酸化物、チタン系の酸化物が用いられる。マン
ガン系の酸化物は特に活性で量に注意しなければならな
い。
を要求される。高沸点の電解液を選んで使用しても量が
多いとリフローハンダ付けの温度で電解液の体積膨張に
より、漏液が発生してしまう。
の構成物の比率が変化すると、電池を製品基板に実装す
るリフローハンダ付けにおいて、膨らみ、漏液、最悪の
場合は破裂を起こす場合があった。電池がリフローハン
ダ付けにおいて膨らむと端子の構造にもよるが、たいて
いの場合片方の端子が、基板から浮き上がってしまい導
通がとれず電池として機能しなくなる。漏液により、外
部にでた電解液には、支持塩が含まれるため空気中の水
分と共に基板の回路を腐食させてしまう。また破裂にお
いては、基板や他の電子部品を損傷してしまう可能性が
あるため、電池を搭載しようとする製品への損害は非常
に大きい。
限まで抑えなくてはならず。膨大な費用を要する。例え
ば、電解液注入の精度を上げるため、高価な電解液注入
機を導入したり、構成物の量をモニターするさまざまな
センサーを設置することがそれに当たる。しかし、それ
においても、膨らみ、漏液または破裂を完全に防げる保
証はなかった。
電解質二次電池は、リフローハンダ付け後の電池性能を
保証しなければならない。製造のばらつきにより、電池
内の異物(水分等)が若干多い場合がある。常温におけ
る電池特性はほとんど変化がないが、リフローハンダ付
け後や保存後急激に電池特性が劣化することがある。ま
た、電解液の量が少ないとリフローハンダ付け後電池特
性が予想以上に低下することがある。
フローハンダ付けに近い条件で一度熱処理を行った。こ
の熱処理に外観検査や電池特性(電池電圧、内部抵抗、
電池高さ)を調べることにより、製造工程のばらつきや
異常によりできてしまった構成物の比率の違う電池を取
り除くことができる。一度熱処理を施した電池は、その
後のリフローハンダ付けで破裂することはない。また、
電池特性もリフローハンダ付け後に大きく変化すること
はなくなった。
ロファイルは、実際のリフローハンダ付け工程における
時間に対する温度のプロファイルにできるだけ近いこと
が望ましい。リフローハンダ付けでの電池の破裂をほぼ
皆無にしたければ、リフローハンダ付けより、高い温度
で、しかも長い時間の熱処理を施せばよい。
多ければ、破裂に対する安全性は増すが、電池性能が熱
により劣化してくるので注意が必要である。
おける時間に対する温度のプロファイルを示した。温度
は電池表面の温度を示している。熱処理工程における時
間に対する温度のプロファイルはこのプロファイルにで
きるだけ近いことが望ましい。前記加熱する工程におけ
る時間に対する温度のプロファイルと、リフローはんだ
付け実装時の時間に対する温度のプロファイルとの差
は、温度の低い部分ではある程度大きくても良いが、ピ
ーク温度の付近の高い温度の部分では小さくする必要が
ある。これは熱処理工程において最高到達温度の影響が
最も大きいためである。最高到達温度が低ければ、異常
な電池を十分に選別できないし、温度が高ければ、電池
にダメージを与えることになるためである。実験の結
果、プロファイルの差が、0〜150℃の領域において
時間、温度とも±50%以内、150〜180℃の領域
において時間、温度とも±20%以内、180℃以上の
領域において時間、温度とも±10%以内であれば、十
分な効果があることがわかった。
電圧、内部抵抗、電池高さ)を調べ選別した電池に何ら
かのしるしを付けることは、工程での熱処理有無の確
認、および客先でのチェックにおいて非常に有効であ
る。例えば、インクを用いて印字したり、レーザーマー
カーによりしるしを付けることができる。
が、ハンダめっきを施した端子の場合は加熱時の容器へ
の付着等を考慮しなければならない。また溶接後の熱処
理で、不良と判断された電池は、電池のみで不良と判断
された電池に比べ部品と溶接工程が多いため、コスト的
に無駄が多くなってしまう。
の沸点が200℃以上の非水溶媒を用いることがリフロ
ー温度で安定であることがわかった。リフロー温度は2
50℃程度に上がる場合があるが、その温度で電池内部
の圧力が上がっているせいか常圧での沸点が204℃の
γ−ブチロラクトン(γBL)を用いた場合でも電池の
破裂はなかった。正負極との組み合わせにおいて、プロ
ピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート
(EC)、γ−ブチロラクトン(γBL)選ばれる単独
または複合物で用いることが良好であった。
ることもできる。ポリマーとしては、従来より一般に使
用されているものを用いることができ、例えば、ポリエ
チレンオキサイド(PEO)、ポリプロピレンオキサイ
ド、ポリエチレングリコールジアクリレート架橋体、ポ
リフッ化ビニリデン、ポリフォスファゼン架橋体、ポリ
プロピレングリコールジアクリレート架橋体、ポリエチ
レングリコールメチルエーテルアクリレート架橋体、ポ
リプロピレングリコールメチルエーテルアクリレート架
橋体等が好ましく用いられる。
物としては、水分と、有機過酸化物(例えばグリコール
類、アルコール類、カルボン酸類)などが挙げられる。
前記各不純物は、黒鉛化物の表面に絶縁性の被膜を形成
し、電極の界面抵抗を増大させるものと考えられる。し
たがって、サイクル寿命や容量の低下に影響を与える恐
れがある。また高温(60℃以上)貯蔵時の自己放電も
増大する恐れがある。このようなことから、非水溶媒を
含む電解液においては前記不純物はできるだけ低減され
ることが好ましい。具体的には、水分は50ppm以
下、有機過酸化物は1000ppm以下であることが好
ましい。
lO4 )、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、ホ
ウフッ化リチウム(LiBF4 )、六フッ化砒素リチウ
ム(LiAsF6 )、トリフルオロメタスルホン酸リチ
ウム(LiCF3 SO3 )、ビストリフルオロメチルス
ルホニルイミドリチウム[LiN(CF3 SO2 )
2]、チオシアン塩、アルミニウムフッ化塩などのリチ
ウム塩(電解質)などの1種以上の塩を用いることがで
きる。リフローハンダ付けを行うにおいては、LiCl
O4等の塩素系のものよりフッ素を含有する支持塩であ
る六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、ホウフッ化
リチウム(LiBF4)、トリフルオロメタスルホン酸
リチウム(LiCF3 SO3)が、熱的にも電気特性的
にも安定であった。非水溶媒に対する溶解量は、0.5
〜3.0モル/1とすることが望ましい。
解質は、溶媒除去法などで作製される。ポリマーと支持
塩をアセトニトリルや1、2−ジメトキシエタンなどに
溶解した後、本発明のセパレーターに塗布し乾燥する方
法である。また、PEOと支持塩を溶解した溶液にポリ
ピロールを分散させ、溶媒を除去する方法もある。メタ
クリル酸エステルを骨格に持つ複合体(POE−PMM
A)では、モノマーと支持塩の混合物を加熱や光照射に
より重合させることもできる。
度を持ち、所定の機械的強度を持ち絶縁性の膜が用いら
れる。リフローハンダ付け用としては、ガラス繊維が最
も安定して用いることができるが、熱変形温度が230
℃以上のポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテ
レフタレート、ポリアミド、ポリイミドなどの樹脂を用
いることもできる。セパレーターの孔径は、一般に電池
用として用いられる範囲が用いられる。例えば、0.0
1〜10μmが用いられる。セパレーターの厚みは、一
般に電池用の範囲で用いられる例えば、5〜300μm
が用いられる。
られるがリフローハンダ付けを行う場合は、熱変形温度
が230℃以上の樹脂がポリフェニレンサルファイド、
ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、液晶ポリマ
ー(LCP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ
アルキルビニルエーテル共重合樹脂(PFA)、ポリエ
ーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリエーテル
ニトリル樹脂(PEN)、がリフロー温度での破裂等が
なく、しかもリフロー後の保存においてもガスケットの
変形による漏液などの問題がなかった。
K)、ポリアリレート樹脂、ポリブチレンテレフタレー
ト樹脂、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート
樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアミノビスマレ
イミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フッ素樹脂が使
用できる。また、この材料に10重量%程度以下の添加
量でガラス繊維、マイカウイスカー、セラミック微粉末
等を添加したものであっても、本実験と同様の効果を発
揮することが実験によって判明している。
法、熱圧縮法等がある。射出成形法はガスケットの成形
方法としては最も一般的である。ただし、コストダウン
等により成形精度を犠牲にする場合は、液体シール剤を
用い気密を補うことが必須となる。
も厚みの厚い板材を素材成形品として融点以下で熱圧縮
成形を行い最終成型品を得る方法である。一般に素材成
形品から融点以下の温度で熱圧縮成形で成形された熱可
塑性樹脂の成形品に温度を加えると、元の素材成形品の
形状に戻ろうとする性質がある。これにより、本来であ
れば外缶及び内缶(金属)とガスケット(樹脂)の間に
隙間ができるあるいは缶とガスケットの間に封止に十分
な応力が得られなくなるはずの非水電解質二次電池にこ
のガスケットを用いることで、熱処理(リフローはんだ
付け等)によるガスケットの膨張で外缶及び缶(金属)
とガスケット(樹脂)の間に隙間ができずあるいは缶と
ガスケットの間に封止に充分な応力が得られるようにな
る。また、経時的に元の素材成形品の形状に戻ろうとす
る性質があり、リフローはんだ付け以外の電池において
も効果がある。
ロアルキルビニルエーテル共重合樹脂(PFA)を用い
たガスケットにおいては、射出成形で作製したものよ
り、シート状の材料を加熱加圧して作製するコンプレッ
ション成形のものの方が封口性が良好であった。これ
は、PFAがゴム弾性を有していることと、射出成型品
はリフロー温度で収縮するのに対し熱圧縮成形品はリフ
ロー温度で成形前のシートの厚さに戻ろうとするため、
封口部分の内圧が上昇しより一層の封口気密が達成でき
る。
・負極缶の間にアスファルト、炭化水素系ゴム(ブチル
ゴム等)、フッ素系オイル、クロロスルホン化ポリエチ
レン、エポキシ樹脂等の1種または混合物を塗布容易化
のために必要に応じ溶剤で薄めた液体シール剤が用いら
れる。液体シール剤が透明の場合は着色して、塗布の有
無を明確にすることも行われる。シール剤の塗布法とし
ては、ガスケットへのシール剤の注入、正・負極缶への
塗布、ガスケットのシール剤溶液へのディッピング等が
ある。
することは有効である。特にアスファルトと炭化水素系
ゴムを混合することは有効である。電池組立終了後、加
熱することによりガスケットと電池ケースの密着性が格
段に向上する。密着性向上の原因が、アスファルトその
ものが熱でつきやすくなるのか、アスファルト混ぜた炭
化水素系ゴムの付着性が改善されるためかは不明である
が、電池ケースとガスケットの密着性が向上し、保存特
性、耐漏液性が格段に向上する。
うことができる。炭化水素系ゴムの接着剤をシール剤に
用いる場合、トルエンにアスファルトと炭化水素系ゴム
の接着剤を溶解し混合すればよい。このようにしてでき
あがった溶液を正極缶のガスケットに接触する面、およ
びガスケットの負極缶に接触する面に塗布し乾燥して用
いることができる。炭化水素系ゴムの接着剤をシール剤
に用いる場合の溶剤は、トルエン、キシレンが有効であ
った。
二次電池の場合、ガスケットして硬質のエンジニアリン
グプラスチックを用いるため、封口の気密性が非リフロ
ーはんだ付け非水電解質二次電池より悪く、保存特性、
耐漏液性が悪くなりがちである。そのため、アスファル
トを含むシール剤を用いた電池を組み立て後加熱し出荷
すれば、リフローはんだ付けにより機器に組み込むまで
の間の保存特性、耐漏液性は格段に向上する。リフロー
後の保存特性、耐漏液性が維持されることはいうまでも
ない。
よび、これを酸化重合させたブローンアスファルトを用
いることができる。特に、アスファルテンを多く含み粘
着性に優れるブローンアスファルトは有効であった。
分に対し2重量%以上で有効であった。シール剤の主成
分に対し50重量%以上アスファルトを添加した場合で
も電池性能は良好であるが、電池製造時にはみ出した液
体シール剤がべたつき、生産性を下げる可能性がある。
また、50重量%以上添加した場合は、シール剤自体も
軟らかくなり、保存および電池使用時に外部へはみ出し
外観上汚れが生じることがある。
重量%から50重量%が使用可能であるが、特に5から
20重量%が好適でる。より好ましくは5から10重量
%の範囲である。加熱温度は、アスファルトを混ぜた液
体シール剤が軟化する温度以上であればよい。ストレー
トアスファルトを混ぜた場合は80℃以上、ブローンア
スファルトを混ぜた場合は100℃以上が好ましい。こ
の加熱は、実際のリフローハンダ付けに近い条件で一度
熱処理を行う本願発明の熱処理工程で行うことが有効で
ある。
の場合、正極活物質や負極活物質の合剤をペレットの形
状に圧縮し用いられる。また、薄型のコインやボタンの
ときは、シート状に成形した電極を打ち抜いて用いても
よい。そのペレットの厚みや直径は電池の大きさにより
決められる。
いる方法を用いることができるが、特に金型プレス法が
好ましい。プレス圧は、特に限定されないが、0.2〜
5t/cm2が好ましい。プレス温度は、室温〜200℃
が好ましい。
などを添加することができる。導電剤の種類は特に限定
されず、金属粉末でもよいが、炭素系のものが特に好ま
しい。炭素材料はもっとも一般的で、天然黒鉛(鱗状黒
鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛など)、人工黒鉛、カーボン
ブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、フ
ァーネスブラック、アセチレンブラック、炭素繊維等が
使われる。また、金属では、銅、ニッケル、銀等の金属
粉、金属繊維が用いられる。導電性高分子も使用され
る。
導度、電極形状等により異なり特に限定されないが、負
極の場合1〜50重量%が好ましく、特に2〜40重量
%が好ましい。
の範囲、好ましくは0.5〜15μmの範囲、より好ま
しくは0.5〜6μmの範囲にすると活物質間の接触性
が良好になり、電子伝導のネットワーク形成が向上し、
電気化学的な反応に関与しない活物質が減少する。
が特に限定されるもではない。通常、ポリアクリル酸お
よびポリアクリル酸中和物、ポリビニルアルコール、カ
ルボキシメチルセルロース、でんぷん、ヒドロキシプロ
ピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロー
ス、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、テト
ラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエン
ポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレン
ブタジエンゴム、ポリブタジエン、フッ素ゴム、ポリエ
チレンオキシド、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂などの多糖類、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴ
ム弾性を有するポリマーなどが1種またはこれらの混合
物として用いられる。 結着剤の添加量は、特に限定さ
れないが、1〜50重量%が好ましい。
学変化を起こさない繊維状材料であれば何でも用いるこ
とができる。本発明の場合、炭素、ガラスなどの繊維が
用いられる。フィラーの添加量は特に限定されないが、
0〜30重量%が好ましい。
小さい金属板が好まれる。例えば、正極には、材料とし
てステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、タ
ングステン、金、白金、焼成炭素などの他に、アルミニ
ウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタ
ンあるいは銀を処理させたものが用いられる。ステンレ
ス鋼は二相ステンレスが腐食に対して有効である。コイ
ン、ボタン電池の場合は電池の外部になる方にニッケル
めっきすることが行われる。処理の方法としては、湿式
めっき、乾式めっき、CVD、PVD、圧着によるクラ
ッド化、塗布等がある。
ケル、銅、チタン、アルミニウム、タングステン、金、
白金、焼成炭素などの他に、銅やステンレス鋼の表面に
カーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたも
の、Al−Cd合金などが用いられる。処理の方法とし
ては、湿式めっき、乾式めっき、CVD、PVD、圧着
によるクラッド化、塗布等がある。
り固定することも可能である。導電性の接着剤として
は、溶剤に溶かした樹脂に炭素や金属の粉末や繊維を添
加したものや導電性高分子を溶解したもの等が用いられ
る。
mm程度の板状のステンレス鋼が加工して用いられる。
端子の回路基板とハンダ付けされる部分には、金めっ
き、ニッケルめっき、ハンダめっき等が施されることが
多い。電池への溶接は、抵抗溶接法、レーザー溶接法な
どが用いられる。
ペレットの間に塗布し電極を固定する。この場合の導電
性接着剤には熱硬化型の樹脂が含まれる場合が多い。
特に限定されないが、例えば、携帯電話、ページャー等
のバックアップ電源、発電機能を有する腕時計の電源等
がある。
ガス雰囲気で組み立てることが望ましい。また、組み立
てる部品も事前に乾燥するとこが好ましい。ペレットや
シートおよびその他の部品の乾燥又は脱水方法として
は、一般に採用されている方法を利用することができ
る。特に、熱風、真空、赤外線、遠赤外線、電子線及び
低湿風を単独あるいは組み合わせて用いることが好まし
い。温度は80〜350℃の範囲が好ましく、特に10
0〜250℃の範囲が好ましい。含水量は、電池全体で
2000ppm以下が好ましく、正極合剤、負極合剤や
電解質ではそれぞれ50ppm以下にすることが充放電
サイクル性向上の点で好ましい。
〜280℃の範囲の温度がよい。加熱時間は、1時間以
上が適当であり、真空、大気、不活性ガス雰囲気を選択
することができる。加熱温度は、リフローハンダ付け温
度以上を目安にし、有機結着剤の強度を考慮し、加熱条
件を決める必要がある。リフローハンダ付け温度以上で
それぞれの部材を組み立て前に加熱することにより、リ
フローハンダ付け温度に電池がさらされても急激な反応
が起こりにくくなる。また加熱により、電解液のペレッ
トの含浸性が向上し、融点が高く、粘度の高い電解液を
用いる本発明においては、電池特性向上において非常に
有利である。
明する。
MoO3、負極活物質としWO2を用いた場合である。
下記のようにして作製した正極、負極及び電解液を用い
た。また、電池の大きさは外径4.8mm、厚さ1.4
mmであった。電池断面図を図1に示した。
した。 市販のMoO3を粉砕したものに導電剤として
グラファイトを、結着剤としてポリアクリル酸を重量比
MoO3:グラファイト:ポリアクリル酸=53:4
5:2の割合で混合して正極合剤とし、次にこの正極合
剤5mgを2ton/cm2で直径2.4mmのペレッ
トに加圧成形した。その後、この様にして得られた正極
ペレット101を炭素を含む導電性樹脂接着剤からなる
電極集電体102を用いて正極ケース103に接着し一
体化した(正極ユニット化)後、250℃で8時間減圧
加熱乾燥した。
O2を粉砕したものを作用極の活物質として用いた。こ
の活物質に導電剤としてグラファイトを、結着剤として
ポリアクリル酸をそれぞれ重量比45:40:15の割
合で混合して負極合剤とした。合剤2.6mgを2to
n/cm2で直径2.4mmのペレットに加圧成形した
ものを用いた。その後、この様にして得られた負極ペレ
ット104を炭素を導電性フィラーとする導電性樹脂接
着剤からなる電極集電体2を用いて負極ケース105に
接着し一体化した(負極ユニット化)後、250℃で8
時間減圧加熱乾燥した。さらに、ペレット上にリチウム
フォイル106を直径2mm、厚さ0.22mmに打ち
抜いたものを圧着し、リチウム−負極ペレット積層電極
とした。厚さ0.2mmのガラス繊維からなる不織布を
乾燥後φ3mmに打ち抜きセパレータ109とした。ガ
スケット108は、PPS製のものを用いた。電解液1
07は、エチレンカーボネート(EC):γ−ブチロラ
クトン(γBL)の体積比1:1混合溶媒にホウフッ化
リチウム(LiBF4)を1モル/l溶解したもの6μ
L、電池缶内に入れた。正極ユニットと負極ユニットを
重ねかしめ封口することにより電池を2000個作製し
た。
2000個の電池を加熱した。加熱プロファイルは、図
2と同様とした。
池が2個であった。更に電池特性を測定したところ、高
さの上昇した電池が1個、内部抵抗が5割以上上昇した
電池3個、電圧の低下した電池が1個発見された。
端子111と負極端子112をレーザー溶接し、基板に
図2と同様のプロファイルでリフローハンダ付けを行っ
た。
外観検査と電池特性検査を行ったが異常を示した電池は
1個もなかった。
質としてMoO3、負極活物質としSiOを用いた場合
である。下記のようにして作製した正極、負極及び電解
液を用いた。また、電池の大きさは外径4.8mm、厚
さ1.4mmであった。電池断面図を図1に示した。
市販のMoO3を粉砕したものに導電剤としてグラフ
ァイトを、結着剤としてポリアクリル酸を重量比MoO
3:グラファイト:ポリアクリル酸=53:45:2の
割合で混合して正極合剤とし、次にこの正極合剤5mg
を2ton/cm2で直径2.4mmのペレットに加圧
成形した。その後、この様にして得られた正極ペレット
101を炭素を含む導電性樹脂接着剤からなる電極集電
体102を用いて正極ケース103に接着し一体化した
(正極ユニット化)後、250℃で8時間減圧加熱乾燥
した。
ム系接着剤(ブチルゴム30重量%、残りトルエン)と
ブローンアスファルトをトルエンに溶かしたものを正極
缶の内側に注射器により塗布し、ドライルーム内で12
0℃乾燥して用いた。シール剤の組成については表1に
示した。
iOを粉砕したものを作用極の活物質として用いた。こ
の活物質に導電剤としてグラファイトを、結着剤として
ポリアクリル酸をそれぞれ重量比45:40:15の割
合で混合して負極合剤とした。合剤1.1mgを2to
n/cm2で直径2.1mmのペレットに加圧成形した
ものを用いた。その後、この様にして得られた負極ペレ
ット104を炭素を導電性フィラーとする導電性樹脂接
着剤からなる電極集電体2を用いて負極ケース105に
接着し一体化した(負極ユニット化)後、250℃で8
時間減圧加熱乾燥した。さらに、ペレット上にリチウム
フォイル106を直径2mm、厚さ0.2mmに打ち抜
いたものを圧着し、リチウム−負極ペレット積層電極と
した。厚さ0.2mmのガラス繊維からなる不織布を乾
燥後φ3mmに打ち抜きセパレータ109とした。ガス
ケット108は、材質については表1に示した。
ム系接着剤(ブチルゴム30重量%、残りトルエン)と
ブローンアスファルトをトルエンに溶かしたものをガス
ケットの溝に注射器により塗布し、ドライルーム内で1
20℃乾燥して用いた。シール剤の組成については表1
に示した。
(EC):γ−ブチロラクトン(γBL)の体積比1:
1混合溶媒にホウフッ化リチウム(LiBF4)を1モ
ル/l溶解したもの6μL、電池缶内に入れた。正極ユ
ニットと負極ユニットを重ねかしめ封口することにより
電池をそれぞれ500個作製した。
各500個の電池を加熱した。加熱プロファイルは、図
2と同様とした。
0℃、20日間保存し、5μAで2.0Vまで放電し、
放電容量を測定した。比較例1として液体シール剤にア
スファルトを添加しないものも500個作製した。
は、加熱により5個漏液が発生した。保存後の電池容量
も他に比べて低下している。また、アスファルトを1重
量%添加した電池においても漏液が発生した。1重量%
の漏液の個数は、実施例2より実施例9が少ないことか
らブローンアスファルトの方が少量の添加で効果がある
ことが推測できる。アスファルトを2重量%以上添加し
た電池は、漏液もないし、保存後の電池容量の劣化もな
い。
0重量%以上アスファルトを添加した場合でも電池性能
は良好であるが、電池製造時にはみ出した液体シール剤
がべたつき、生産性を下げる可能性がある。
重量%から50重量%が使用可能であるが、特に5から
10重量%が好適であった。
5)、PEEK(実施例16)、LCP(実施例17)
の硬い素材であっても、本発明の液体シール剤と熱処理
の組み合わせで、漏液を抑えて、しかも電池特性を維持
できることがわかった。表には、記載していないが、P
EEK、LCPのガスケットにおいても、アスファルト
の添加量は、2―50重量%が適量であった。 (実施例18、19)実施例4とガスケット材料をポリ
プロピレン(PP)とした以外は全く同じ構成でストレ
ートアスファルトのシール剤を用いた電池を作製した。
電池の半数を80℃で1時間加熱し、実施例18とし、
残りを比較例2とした。
レン(PP)とした以外は全く同じ構成でブローンアス
ファルトのシール剤を用いた電池を作製した。電池の半
数を100℃で30分加熱し、実施例19とし、残りを
比較例3とした。
3.3V電圧を印可し、60℃、湿度90%の雰囲気で
保存試験を実施した。試験後の容量と初期の容量を比較
し、容量維持率を計算した。その結果、比較例2は58
%、比較例3は61%、実施例18は96%、比較例1
9は95%の容量維持率を示した。実施例18,19の
保存後の結果に示されるように電池を加熱したものは、
保存特性が著しく向上した。電池の加熱時に、シール剤
と缶およびガスケットの密着が向上し、外部からの水分
の進入を阻止したためと考えられる。加熱温度は、軟化
点の低いストレートアスファルトを用いた方を多少低く
設定できる。
について記載したが、アスファルト以外の高沸点炭化水
素系混合物を混合し、乾燥し、加熱することにより、ガ
スケット上のシール材の表面に電池缶との界面に炭化水
素の皮膜を形成することにより、リフローはんだ付けに
適応可能な非水電解質二次電池を得ることができる。
付け実装可能な非水電解質二次電池は、製造工程のばら
つきにより電池を製品基板に実装するリフローハンダ付
けにおいて、膨らみ、漏液(電解液が電池外部に漏れる
こと)、最悪の場合は破裂を起こすことが懸念されてい
たが、本願発明の加熱を実施した後、電池を出荷するこ
とにより、客先でのリフロー工程で、膨らみ、漏液が発
生することがなくなった。
することにより、本発明の加熱実施後のシール性が向上
し、保存特性、耐漏液性が格段に向上した。
解質二次電池の断面図
温度のプロファイル
Claims (32)
- 【請求項1】 正極と負極と非水溶媒と支持塩を含む電
解液とセパレータとガスケットからなる非水電解質二次
電池の製造方法において、 前記正極と前記負極と前記
非水溶媒と前記電解液と前記セパレータと前記ガスケッ
トをかしめ封口により前記非水電解質二次電池内部に組
み立てる工程と、加熱する工程とからなる非水電解質二
次電池の製造方法。 - 【請求項2】 前記加熱後、前記電池の外部への接続端
子を溶接する請求項1記載の非水電解質二次電池の製造
方法。 - 【請求項3】 前記加熱温度が180℃から300℃で
ある請求項1記載の非水電解質二次電池の製造方法。 - 【請求項4】 回路基板上に非水電解質二次電池配置す
る実装方法において、 正極と負極と非水溶媒と電解液
とセパレータとガスケットをかしめ封口により前記非水
電解質二次電池内部に組み立てる組立工程と、加熱工程
と、前記回路基板上に前記非水電解質二次電池を配置し
リフローはんだづけする工程からなる実装方法。 - 【請求項5】 前記組立工程の後に、前記非水電解質二
次電池に接続端子を溶接する工程を有する請求項4記載
の実装方法。 - 【請求項6】 前記加熱工程における時間に対する温度
のプロファイルと、前記リフローはんだ付けの時間に対
する温度のプロファイルとの差が、0〜150℃の加熱
領域において±50%以内である請求項4記載の実装方
法。 - 【請求項7】 前記加熱工程と前記リフローはんだ付け
の工程の時間の差が、前記0〜150℃の加熱領域にお
いて±50%以内である請求項4記載の実装方法。 - 【請求項8】 前記加熱工程における時間に対する温度
のプロファイルと、前記リフローはんだ付けの時間に対
する温度のプロファイルとの差が、150〜180℃の
加熱領域において±20%以内である請求項4記載の実
装方法。 - 【請求項9】 前記加熱工程と前記リフローはんだ付け
の工程の時間の差が、前記150〜180℃の加熱領域
において±20%以内である請求項4記載の実装方法。 - 【請求項10】 前記加熱工程における時間に対する温
度のプロファイルと、前記リフローはんだ付けの時間に
対する温度のプロファイルとの差が、180℃〜300
℃の加熱領域において±10%以内である請求項4記載
の実装方法。 - 【請求項11】 前記加熱工程と前記リフローはんだ付
けの工程の時間の差が、前記180℃〜300℃の加熱
領域において±10%以内である請求項4記載の実装方
法。 - 【請求項12】 ゴム系接着剤の少なくとも表面にアス
ファルトを有する非水電解質二次電池のシール材。 - 【請求項13】 前記アスファルトが原油を加熱した留
分である請求項12記載の非水電解質二次電池のシール
材。 - 【請求項14】 前記ゴム系接着剤の内部に前記アスフ
ァルトを有する請求項12記載の非水電解質二次電池の
シール材。 - 【請求項15】 前記アスファルトが前記ゴム系接着材
の1%以上50%以下である請求項12記載の非水電解
質二次電池のシール材。 - 【請求項16】 前記アスファルトが前記ゴム系接着材
の5%以上20%以下である請求項12記載の非水電解
質二次電池のシール材。 - 【請求項17】 前記アスファルがブローンアスファル
トである請求項12記載の非水電解質二次電池のシール
材。 - 【請求項18】 前記アスファルがストレートアスファ
ルトである請求項12記載の非水電解質二次電池のシー
ル材。 - 【請求項19】 前記ゴム系接着剤がブチルゴム系であ
る請求項12記載の非水電解質二次電池のシール材。 - 【請求項20】 有機溶媒中でゴム系接着剤にアスファ
ルトを混合し作製した非水電解質二次電池のシール材。 - 【請求項21】 有機溶媒中でゴム系接着剤にアスファ
ルトを混合し作製する非水電解質二次電池のシール材の
製造方法。 - 【請求項22】 前記ゴム系接着剤がブチルゴム系であ
る請求項21記載の非水電解質二次電池のシール材の製
造方法。 - 【請求項23】 前記混合後加熱を行う請求項21記載
の非水電解質二次電池のシール材の製造方法。 - 【請求項24】 前記有機溶媒がトルエンである請求項
21記載の非水電解質二次電池のシール材の製造方法。 - 【請求項25】 ゴム系接着材とアスファルトを有機溶
媒で溶解し、正極缶の内面およびガスケットの負極と接
する面に塗布し、乾燥し、前記正極と前記負極と前記非
水溶媒と前記電解液と前記セパレータと前記ガスケット
をかしめ封口により前記非水電解質二次電池内部に組み
立てる工程と、加熱する工程とからなる非水電解質二次
電池の製造方法。 - 【請求項26】 前記アスファルトがストレートアスフ
ァルトである請求項25記載の非水電解質二次電池の製
造方法。 - 【請求項27】 前記乾燥の温度が80度以上で用いる
ガスケットの融点以下である請求項26記載の非水電解
質二次電池の製造方法。 - 【請求項28】 前記アスファルトがブローンアスファ
ルトである請求項25記載の非水電解質二次電池の製造
方法。 - 【請求項29】 前記乾燥の温度が100度以上で用い
るガスケットの融点以下である請求項28記載の非水電
解質二次電池の製造方法。 - 【請求項30】 前記加熱後、電池缶の表面に加熱終了
を示すしるしを形成する請求項25記載の非水電解質二
次電池の製造方法。 - 【請求項31】 正極と負極と非水溶媒と支持塩を含む
電解液とセパレータとガスケットと外部への接続端子を
有する非水電解質二次電池において、 製造工程で一度
加熱されていることを示すしるしを有することを特徴と
する非水電解質二次電池。 - 【請求項32】 正極と負極と非水溶媒と支持塩を含む
電解液とセパレータとガスケットからなり、略リフロー
温度の加熱したことを特徴とする非水電解質二次電池。
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