JP2003100352A - リチウム二次電池とその製造方法 - Google Patents

リチウム二次電池とその製造方法

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瑩讃 殷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温環境でスエリングによる外観変形及び電
池性能の劣化を減らせるリチウム二次電池とその製造方
法を提供する。 【解決手段】 ６０℃以上の環境でも膨脹による電池外
観の変形現象を顕著に改善でき、電池性能が低下する現
象を防止するために、本発明に係るリチウム二次電池１
０は、正極１６と負極１８との間にセパレータ２６を介
在して電極組立体を形成する段階と、前記電極組立体を
電池ケース１２に収納する段階と、前記電池ケース１２
内に電解液（電解質２０）を注入する段階と、前記電極
組立体、電池ケース、電解液を含んでなる電池１０を化
成する段階と、前記電解液注入後または化成後に１０秒
〜１００秒間電池内部の圧力が２０ｋＰａ〜１０００Ｐ
ａを維持するように減圧して密閉する段階を経て製造す
るものとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はリチウム二次電池に
係り、より詳細には高温環境でスエリングによる外観変
形及び電池性能の劣化を減らせるリチウム二次電池とそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常的に充放電が可能な二次電池につい
ては携帯電話、ノート型パソコン、カムコーダなど携帯
用電子機器の開発によって活発な研究が進んでいる。特
に、このような二次電池はニッケル−カドミウム電池、
鉛蓄電池、ニッケル−水素電池、リチウムイオン電池、
リチウムポリマー電池、金属リチウム二次電池、空気亜
鉛蓄電池など種類が多様である。前記電池のうちリチウ
ム二次電池は作動電圧が３.６Ｖであって、電子機器の
電源として多用されるニッケル−カドミウム電池やニッ
ケル−水素電池に比べて寿命が約３倍であり、単位重量
当たりのエネルギー密度が優秀であるという点でその需
要が急増している。
【０００３】このようなリチウム二次電池は電解質の種
類によって液体電解質電池と高分子電解質電池とに分類
でき、液体電解質を使用する電池をリチウムイオン電
池、高分子電解質を使用する電池をリチウムポリマー電
池という。
【０００４】リチウム二次電池を製造する場合において
は、まず活物質と結合剤及び可塑剤を混合した物質を正
極集電体及び負極集電体に塗布して正極板と負極板とを
製造し、これをセパレータの両側に積層または巻き取っ
て所定形状の正負極組立体（ゼリーロール）を形成し、
このゼリーロールを電池ケースに挿入して電池を完成す
る。
【０００５】揮発性電解液を適用して製造したリチウム
二次電池の場合、６０℃以上の条件では密閉された電池
内部の体積膨脹及び電解液の気化で電池内部の圧力が増
加して電池が膨らむ現象が生じる。これによって電池外
観の変形だけではなく極板の密着力にも影響を与えて電
気化学的反応が生じ、極板の利用率が低下して結果的に
は電池性能が劣化するという問題点があった。このよう
にリチウム二次電池が高温に露出された時、電池体積が
膨脹する現象は（１）高温で活物質と電解液との間の活
発な反応、（２）高温で電解液の気化による蒸気圧力の
上昇、（３）電池内部の水分含量などのいろいろな理由
に起因することが知られている。
【０００６】韓国特許第２７４０９７号には電池パック
に電解液を注入する前の段階で前記電池パックを真空状
態として不純物が含まれた空気を除去する方法が開示さ
れているが、これは電解液を注入するための手段にすぎ
ない。このように従来はリチウム電池の製造に減圧工程
が適用されていないか、あるいは電解液注入段階、電池
の初期活性化前の密閉段階または初期活性化後に生じる
ガスの除去段階で部分的に適用されたが、減圧効果が微
々たるものであって大気圧以下であることを肉眼で確認
するだけの技術水準であったので、高温放置された電池
の体積膨脹及び電池性能低下などの問題を解決すること
はできなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は電池の体積膨脹を顕著に減少させうるリチウム二
次電池とその製造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】本発明は、前記技術的課
題を達成するために、正極と負極との間にセパレータを
介在して電極組立体を形成する段階と、前記電極組立体
を電池ケースに収納する段階と、前記電池ケース内に電
解液を注入する段階と、前記電極組立体、電池ケース、
電解液を含んでなる電池を化成する段階とを含み、前記
電解液注入後または化成後に１０秒〜１００秒間電池内
部の圧力が２０ｋＰａ〜１０００Ｐａを維持するように
減圧して密閉する段階を含むことを特徴とするリチウム
二次電池の製造方法を提供する。
【０００９】本発明の一実施形態によれば、前記電池ケ
ースにはこれと一体にガス室が設けられ、化成時に生じ
るガスを前記ガス室に捕集して減圧密閉工程で除去する
ガス除去段階をさらに含むことが望ましい。
【００１０】本発明の他の実施形態によれば、前記ガス
除去段階において、減圧密閉時１０秒〜１００秒間電池
内部の圧力が２０ｋＰａ〜１０００Ｐａを維持するよう
に減圧して密閉する段階を含むことが望ましい。
【００１１】また、本発明によれば、前記製造方法によ
って製造されることを特徴とするリチウム二次電池が提
供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本
発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。
【００１３】図１を参照すれば、リチウムポリマー電池
１０は正極１６と負極１８との間に電解質２０とセパレ
ータ２６が介在する。本実施形態は、電池ケース１２と
して金属缶や金属薄膜の内外面に高分子層を形成して電
池を製造する場合において、正極１６、負極１８、電解
質２０、セパレータ２６により構成された発電要素を電
池ケース１２に挿入した後、電池ケース１２内部の圧力
を大気圧以下に低め、電池ケース１２を密閉して電池内
部の圧力を大気圧以下の状態に維持する工程で電池を製
造する方法に関する。
【００１４】前述したように揮発性電解液を適用して製
造したリチウムイオン二次電池の場合、６０℃以上の条
件では密閉された電池内部の体積膨脹及び電解液の気化
によって電池内部の圧力が増加して電池が膨らむ現象が
生じる。これは極板の密着力にも影響を与えて極板の利
用率が低下し、リチウムイオンの電気化学的移動が難し
くなるために電池性能が劣化される。
【００１５】一般に密閉された一定空間の圧力が大気圧
より低い２０ｋＰａ〜１０００Ｐａの場合、大気圧での
体積より１０〜１０００倍まで縮まり、このような原理
を電池に適用すれば、電池ケースよりなる体積は一定で
あるが、内部減圧度によって電池が６０℃以上の環境に
置かれても電池が膨らんで外観が変形される現象を顕著
に改善できる。
【００１６】本発明において、電池１０内部の圧力は２
０ｋＰａ〜１０００Ｐａであることが望ましく、さらに
望ましくは１５ｋＰａ〜５ｋＰａである。電池内部圧力
が２０ｋＰａ以上であれば電池の膨脹防止の効果が弱
く、１ｋＰａ以下でも減圧時間が長くかかり電解液が揮
発するなど工程上の問題がある。
【００１７】一方、本発明に適用される減圧工程の時間
は１０〜１００秒であることが望ましく、１０秒未満で
は有効な減圧効果を得難く、１００秒以上では電解液が
多量に揮発するために望ましくない。
【００１８】本発明で使われるガス室２２は電池ケース
１２に連結されており、化成時に生じるガスを前記ガス
室２２に捕集してシーリングした後、このガス室２２の
切り出しが行なわれる。
【００１９】以下、本発明の理解のために実施形態をあ
げて具体的に説明するが、下記実施形態は単に例示的な
ものであって本発明の範囲を制限しない。
【００２０】＜実施形態１＞１−（１）使用物質 正極活物質はＬｉＭｎ２Ｏ４（ＬＭ４、Ｎｉｋｋｉ）を
使用し、正極１６用導電材料はＳｕｐｅｒ−Ｐ（昭和電
工）を使用し、負極活物質としてはＫＭＦＣ（古河）を
使用した。電解液（電解質２０）はエチレンカルボネー
ト（ＥＣ）＋ジエチルカルボネート（ＤＥＣ）＋プロピ
レンカルボネート（ＰＣ）を４１：４９：１０の体積比
で混合した後ＬｉＰＦ６（橋本化成（株））を添加して
１.３Ｍになるように製造して使用した。正極１６用バ
インダーはＰＶｄＦ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｆ
ｌｕｏｒｉｄｅ）（ＫＷ１３００、呉羽）を使用し、負
極１８用バインダーはＰＶｄＦ（ＫＷ１１００、呉羽）
を使用した。パウチ（電池ケース１２）は厚さが１１０
μｍで内面からＣＰＰ（ＣｈｌｏｒｉｎａｔｅｄＰｏｌ
ｙプロピレン）／アルミニウムフォイル／ナイロンの３
重層の構造よりなるものを使用した。一方、セパレータ
２６としてはポリプロピレンやポリエチレンやこれらの
複合フィルムを使用した。
【００２１】１−（２）電池の製造 正極活物質９３ｇ、導電剤３ｇ及び結合剤４ｇの混合物
をプラネタリーミキサー内で充分に混合した後、これを
コータを利用してローディング量が５４.０ｍｇ／ｃｍ
２の極板を製造した。
【００２２】また、負極活物質９２ｇとバインダー８ｇ
とを混合した後、これを利用してローディング量が１
７.４ｍｇ／ｃｍ２の極板を製造した。
【００２３】ローディング極板を圧延器を使用して正極
及び負極の密度が各々２.７９ｇ／ｃｍ３、１.６４ｇ／
ｃｍ３になるように圧延した後、切断、負極板の乾燥、
巻取り（角形巻取り器）、挿入、電解液注入及びケース
融着工程を経て電池を製造した。このように製造された
電池を安定化させ、充電及び放電を実施して容量を確
認、選別するために化成工程を行った。初期活性化後に
生じたガスは電池ケース１２に一体に形成されたガス室
２２を通して除去した。次いで、電池ケース１２を再密
閉する工程で２０ｋＰａの減圧条件で５０秒にかけて減
圧して電池１０を完成した。
【００２４】＜実施形態２＞減圧条件が１０ｋＰａであ
ることを除いては実施形態１と同じ方法で電池１０を製
造した。
【００２５】＜実施形態３＞減圧条件が５ｋＰａである
ことを除いては実施形態１と同じ方法で電池１０を製造
した。
【００２６】＜実施形態４＞電解液（電解質２０）を注
入した直後に減圧工程を実施したことを除いては実施形
態１と同じ方法で電池１０を製造した。
【００２７】＜実施形態５＞減圧工程を電解液（電解質
２０）の注入直後及びガス除去工程ですべて実施したと
いうことを除いては実施形態１と同じ方法で電池１０を
製造した。
【００２８】＜比較形態＞本発明による減圧工程を行わ
なかったことを除いては実施形態１と同じ方法で電池を
製造した。
【００２９】＜試験形態＞前記のように製造した電池に
ついて８０℃の環境で示される電池膨脹程度を測定し、
その結果を下記の表１に記載した。下記の電池膨脹程度
は８０℃の環境に放置する前の最初の電池の厚さと経時
的に測定した厚さとを比較して示した数値である。
【００３０】
【表１】
【００３１】追加的な実験で２０ｋＰａ以上の範囲では
有効な結果を得られず、１ｋＰａ以下でも減圧時間が長
くかかり電解液が揮発するなど工程上の問題があった。
【００３２】本発明は図面に示した一実施形態を参考し
て説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者
であればこれより多様な変形及び均等な他の実施形態が
可能であるという点を理解できる。したがって、本発明
の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲の技術的思想に
より決まらなければならない。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるリチ
ウム二次電池１０は６０℃以上の環境でも膨脹により外
観が変形される現象を顕著に改善できる。したがって、
電池性能が低下する現象を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の望ましい実施例によるリチウムポリマ
ー電池の部分断面図。
【符号の説明】
１０ リチウムポリマー電池 １２ 電池ケース １６ 正極 １８ 負極 ２０ 電解質 ２２ ガス室 ２６ セパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H012 BB01 CC01 5H029 AJ01 AJ11 AK03 AM03 AM05 AM07 CJ13 CJ14 EJ04 EJ12 HJ15

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 正極と負極との間にセパレータを介在し
    て電極組立体を形成する段階と、 前記電極組立体を電池ケースに収納する段階と、 前記電池ケース内に電解液を注入する段階と、 前記電極組立体、電池ケース、電解液を含んでなる電池
    を化成する段階とを含み、 前記電解液注入後または化成後に１０秒〜１００秒間電
    池内部の圧力が２０ｋＰａ〜１０００Ｐａを維持するよ
    うに減圧して密閉する段階を含むことを特徴とするリチ
    ウム二次電池の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記電池ケースにはこれと一体にガス室
    が設けられ、化成時に生じるガスを前記ガス室を通して
    除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に
    記載のリチウム二次電池の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記ガス除去段階において、密閉時１０
    秒〜１００秒間電池内部の圧力が２０ｋＰａ〜１０００
    Ｐａを維持するように減圧して密閉する段階を含むこと
    を特徴とする請求項２に記載のリチウム二次電池の製造
    方法。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のうちいずれか
    一項の方法によって製造されることを特徴とするリチウ
    ム二次電池。
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