JP2005056701A - 電池の製造方法および製造装置 - Google Patents
電池の製造方法および製造装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005056701A JP2005056701A JP2003286812A JP2003286812A JP2005056701A JP 2005056701 A JP2005056701 A JP 2005056701A JP 2003286812 A JP2003286812 A JP 2003286812A JP 2003286812 A JP2003286812 A JP 2003286812A JP 2005056701 A JP2005056701 A JP 2005056701A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- assembly
- battery
- negative electrode
- heat
- positive electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
【課題】 電池特性および生産性を向上させることができる電池の製造方法および製造装置を提供する。
【解決手段】 正極および負極と共に電解液および高分子膜を備えた組立体を形成する。この組立体に対して、熱源を内蔵し、その熱源により加熱された加熱板により、熱および10MPa未満の圧力を加え、高分子膜を溶融させると共に組立体を整形する。加熱板は、その内蔵する熱源により、輻射熱あるいは空気の対流を介して加熱するのに比べてはるかに速く加熱され、短時間で十分な熱量が組立体に供給される。よって、電解質塩を劣化させることなく組立体が迅速に加熱されて高分子膜が溶融する。そののち、組立体を冷却し、溶融された高分子膜を固化させてゲル電解質を形成する。組立体は、正極および負極に、高分子化合物の粉末を分散させた電解液を注ぐことにより形成してもよい。
【選択図】 図1
【解決手段】 正極および負極と共に電解液および高分子膜を備えた組立体を形成する。この組立体に対して、熱源を内蔵し、その熱源により加熱された加熱板により、熱および10MPa未満の圧力を加え、高分子膜を溶融させると共に組立体を整形する。加熱板は、その内蔵する熱源により、輻射熱あるいは空気の対流を介して加熱するのに比べてはるかに速く加熱され、短時間で十分な熱量が組立体に供給される。よって、電解質塩を劣化させることなく組立体が迅速に加熱されて高分子膜が溶融する。そののち、組立体を冷却し、溶融された高分子膜を固化させてゲル電解質を形成する。組立体は、正極および負極に、高分子化合物の粉末を分散させた電解液を注ぐことにより形成してもよい。
【選択図】 図1
Description
本発明は、正極および負極と共にゲル電解質を備えた電池の製造方法および製造装置に関する。
近年、携帯型電子機器が次々と開発されており、その電源として二次電池が重要な位置を占めるようになっている。また、二次電池は使い捨てではないことから、地球環境上も好ましく、一次電池よりも多く使用されるようになりつつある。最近、携帯型電子機器には小型かつ軽量であることが要求されているので、それに伴いこの二次電池に対しても、機器内の収納スペースに応じるために小型であり、また機器の重量を極力増やさないように軽量であることが求められている。
このような要求に応える二次電池としては、鉛電池,ニッカド電池,ニッケル水素電池あるはリチウムイオン二次電池などがあるが、中でも、軽量でエネルギー密度および出力密度が大きなポリマーリチウムイオン二次電池が有用である。
ポリマーリチウムイオン二次電池の電解質には、電解液を高分子化合物でゲル化させた、固体電解質あるいは半固体電解質とも呼ばれるゲル電解質が用いられている。このゲル電解質を作製する方法としては、例えば、次の4種類がある。第1は、加熱して高分子化合物を電解液に溶解させてゾル状の高分子溶液を作製したのち、ゾル状の高分子溶液を冷却する方法であり、第2は、高分子化合物と電解液とを混合溶剤を用いて混合したゾル状の高分子溶液を作製したのち、混合溶剤を揮発させる方法であり、第3は、高分子化合物を希釈溶剤に溶解させたのち、希釈溶剤を揮発させてスポンジ構造を有する高分子マトリックスを作製し、その高分子マトリックスに電解液を含浸させる方法であり、第4は、電解液,モノマーおよび重合開始剤を含む電解質用組成物中のモノマーを加熱あるいは光により重合する方法である。
中でも、第1あるいは第2の方法は、ゲル電解質を簡単に作製することができるという利点を有している。しかし、これらの方法では電解液を用いた電池の製造工程と同一の製造工程で作製することが難しい。例えば、高分子溶液は一般に粘性が高いので、電解液を正極または負極に注いで含浸させることが難しい。そこで、従来では、高分子溶液を正極または負極に塗布している(例えば、特許文献1参照。)。
特開2001−266943号公報
特開2002−298799号公報
しかしながら、この方法では、塗布のための設備投資が必要であるという問題があった。また、一般に高分子溶液はタンクで加熱された状態で貯蔵される、つまり、高分子溶液には長時間熱が加えられるので、電解液、特に電解質塩が劣化しやすいという問題があった。特に、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )を用いると、フッ化水素(HF)が発生し、このフッ化水素が電池内部で望ましくない化学反応を起こすことが懸念される。
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、電池特性および生産性を向上させることができる電池の製造方法および製造装置を提供することにある。
本発明による電池の製造方法は、正極および負極と共にゲル電解質を備えた電池を製造するものであって、正極および負極と共に電解液および固体状の高分子化合物を備えた組立体を形成する工程と、組立体に対して、熱源を内蔵した加熱板により、熱および10MPa未満の圧力を加える工程とを含むものである。
本発明による電池の製造装置は、正極および負極と共に電解液および固体状の高分子化合物を備えた組立体を加熱および加圧するものであって、熱源を内蔵し、組立体に対して熱および10MPa未満の圧力を加える加熱板を備えたものである。
本発明の電池の製造方法では、まず、正極および負極と共に電解液および固体状の高分子化合物を備えた組立体が形成されたのち、この組立体に対して、熱源を内蔵する加熱板により、熱および10MPa未満の圧力が加えられ、高分子化合物が溶融すると共に組立体が整形される。そののち、組立体が冷却され、溶融した高分子化合物が固化して、ゲル電解質が形成される。
本発明の電池の製造装置では、加熱板が熱源を内蔵するようにしたので、組立体は、熱源により加熱された加熱板により、短時間で加熱されると共に圧力により整形され、寸法精度が向上する。
本発明の電池の製造方法および製造装置によれば、組立体に対して、熱源を内蔵する加熱板により、熱および10MPa未満の圧力を加えるようにしたので、輻射熱あるいは空気の対流を介して加熱するのに比べて、短時間で十分な熱量を組立体に供給することができる。よって、電解質塩を劣化させることなく組立体を迅速に加熱し、電池の特性および生産性を著しく向上させることができる。また、組立体を破損することなく良好に整形することができると共に、正極と負極との間の電極間距離を短くし、外観上の寸法特性および電池容量を高めることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る電池の製造方法の流れを表すものであり、図2ないし図7はその工程を順に表すものである。まず、正極および負極と共に電解液および固体状の高分子化合物を備えた組立体を形成する(ステップS110)。具体的には、まず、図2(A)に示したように、正極11を作製する(ステップS111)。例えば、粒子状の正極活物質を用いる場合には、正極活物質と必要に応じてカーボンブラックあるいはグラファイトなどの導電剤とポリフッ化ビニリデンあるいはテトラフルオロエチレンなどの結着剤とを混合して正極合剤を調製し、N−メチルピロリドンなどの分散媒に分散させて正極合剤塗液を作製する。正極活物質には、例えば、リチウムを挿入および放出することが可能な正極材料のいずれか1種または2種以上を用いる。リチウムを挿入および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウムと遷移金属元素との複合酸化物が好ましい。複合酸化物は、高電圧および高エネルギー密度を得ることができるものがあるからである。複合酸化物としては、例えば、LiCoO2 、LiNiO2 あるいはLiMn2 O4 が挙げられる。また、これらの遷移金属元素の一部を他の元素で置換したLiNix Co1-x O2 (0<x<1)なども挙げられる。LiNix Co1-x O2 としては、具体的には、LiN0.5 Co0.5 O2 あるいはLiNi0.8 Co0.2 O2 などがある。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る電池の製造方法の流れを表すものであり、図2ないし図7はその工程を順に表すものである。まず、正極および負極と共に電解液および固体状の高分子化合物を備えた組立体を形成する(ステップS110)。具体的には、まず、図2(A)に示したように、正極11を作製する(ステップS111)。例えば、粒子状の正極活物質を用いる場合には、正極活物質と必要に応じてカーボンブラックあるいはグラファイトなどの導電剤とポリフッ化ビニリデンあるいはテトラフルオロエチレンなどの結着剤とを混合して正極合剤を調製し、N−メチルピロリドンなどの分散媒に分散させて正極合剤塗液を作製する。正極活物質には、例えば、リチウムを挿入および放出することが可能な正極材料のいずれか1種または2種以上を用いる。リチウムを挿入および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウムと遷移金属元素との複合酸化物が好ましい。複合酸化物は、高電圧および高エネルギー密度を得ることができるものがあるからである。複合酸化物としては、例えば、LiCoO2 、LiNiO2 あるいはLiMn2 O4 が挙げられる。また、これらの遷移金属元素の一部を他の元素で置換したLiNix Co1-x O2 (0<x<1)なども挙げられる。LiNix Co1-x O2 としては、具体的には、LiN0.5 Co0.5 O2 あるいはLiNi0.8 Co0.2 O2 などがある。
そののち、対向する一対の面を有する正極集電体11Aを用意し、正極集電体11Aの両面あるいは片面に正極合剤塗液を塗布して乾燥させ、圧縮成型して正極活物質層11Bを形成する。正極集電体11Aには、例えば、アルミニウム(Al)箔などの金属箔を用いる。
また、図2(B)に示したように、負極12を作製する(ステップS111)。例えば、粒子状の負極活物質を用いる場合には、負極活物質と必要に応じてカーボンブラックあるいはグラファイトなどの導電剤とポリフッ化ビニリデンあるいはスチレンブタジエンゴムなどの結着剤とを混合して負極合剤を調製し、N−メチルピロリドンなどの分散媒に分散させて負極合剤塗液を作製する。負極活物質には、例えば、リチウムを挿入および放出することが可能な負極材料,リチウム合金および金属リチウムのいずれか1種または2種以上を用いる。
リチウムを挿入および放出することが可能な負極材料としては、例えば、炭素材料が挙げられる。炭素材料としては、黒鉛,難黒鉛化炭素あるいは易黒鉛化炭素が挙げられる。
リチウムを挿入および放出することが可能な負極材料としては、また、リチウムと合金を形成可能な金属元素あるいは半金属元素の単体、合金または化合物も挙げられる。なお、合金には、2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とからなるものも含める。その組織には固溶体,共晶(共融混合物),金属間化合物あるいはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。
中でも、長周期型周期表における14族の金属元素あるいは半金属元素の単体、合金または化合物が好ましく、特に好ましいのはケイ素あるいはスズ、またはこれらの合金あるいは化合物である。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。
そののち、対向する一対の面を有する負極集電体12Aを用意し、負極集電体12Aの両面あるいは片面に負極合剤塗液を塗布して乾燥させ、圧縮成型して負極活物質層12Bを形成する。負極集電体12Aには、例えば、銅(Cu)箔,ニッケル(Ni)箔あるいはステンレス箔などの金属箔を用いる。
次いで、図3(A)に示したように、正極11にアルミニウムなどよりなる正極リード11Cを取り付けたのち、正極活物質層11Bの上、すなわち正極11の両面あるいは片面に、高分子化合物と希釈溶剤とを混合した高分子溶液を塗布し、希釈溶剤を揮発させ高分子化合物の膜11D(以下、高分子膜11Dという。)を形成する(ステップS112)。
また、図3(B)に示したように、負極12にニッケルなどよりなる負極リード12Cを取り付けたのち、負極活物質層12Bの上、すなわち負極12の両面あるいは片面に、高分子化合物と希釈溶剤とを混合した高分子溶液を塗布し、希釈溶剤を揮発させ高分子化合物の膜12D(以下、高分子膜12Dという。)を形成する(ステップS112)。
高分子化合物としては、電解液を吸収してゲル化するものであればいずれを用いてもよく、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。例えば、フッ化ビニリデン,エチレンオキサイド,プロピレンオキサイド,アクリロニトリルあるいはメタクリルニトリルを繰り返し単位として含むものが挙げられる。希釈溶剤は、高分子化合物を正極11または負極12に塗布することを容易にするためのものである。希釈溶剤としては、例えば、ジメチルカーボネートのような適度な揮発性を有し、電気化学的に副反応を起こしにくい材料を用いることが好ましい。これら高分子化合物および希釈溶剤は、高分子膜11Dと高分子膜12Dとで同一のものを用いてもよく、異なるものを用いてもよい。
そののち、図4に示したように、セパレータ13,正極11,セパレータ13および負極12を順次積層して巻回し、最外周部に保護テープ14を接着して巻回電極体10を形成する(ステップS113)。セパレータ13には、電気的に安定であると共に、正極活物質,負極活物質あるいは後述の溶媒に対して化学的に安定であり、かつ絶縁性を有していればどのようなものを用いてもよい。例えば、高分子の不織布,多孔質フィルム,ガラスやセラミックスの繊維を紙状にしたものを用いることができ、これらを複数積層して用いてもよい。特に、多孔質ポリオレフィンフィルムを用いることが好ましく、これをポリイミド,ガラスあるいはセラミックスの繊維などよりなる耐熱性の材料と複合させたものを用いてもよい。
続いて、図5に示したように、巻回電極体10を外装部材20で挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、巻回電極体10を外装部材20の内部に収納する(ステップS114)。外装部材20には、例えば、絶縁層および金属層などが2層以上積層されて貼り合わされたラミネートフィルムを用い、絶縁層が内側となるように配置する。内側の絶縁層の構成材料としては、正極リード11Cおよび負極リード12Cに対して接着性を有する材料であれば特に限定されないが、ポリエチレン,ポリプロピレン,変性ポリエチレン,変性ポリプロピレンあるいはこれらの共重合体などのポリオレフィン樹脂が、透過性を低くでき、気密性にも優れているので好ましい。また、外側の絶縁層の構成材料としては、破れや突き刺し等に対する強度を高くすることができるという観点から、例えばナイロンが好ましい。金属層の構成材料としては、例えば、箔状,板状に成形されたアルミニウム、ステンレス、ニッケルあるいは鉄(Fe)などが挙げられる。
なお、このとき、正極リード11Cおよび負極リード12Cと外装部材20との間で短絡することや、気密性が低下することなどを防止するために、正極リード11Cおよび負極リード12Cと外装部材20との間に例えば接着性を示すプロピレンなどの樹脂よりなる密着フィルム21を挿入するようにしてもよい。
そののち、電解液を用意する。電解液は、溶媒と、溶媒に溶解された電解質塩とを含むものである。溶媒としては、例えば、比較的誘電率および沸点が高い高誘電率溶媒のいずれか1種または2種以上と、比較的粘度が低い低粘度溶媒のいずれか1種または2種以上とを混合したものを用いることが望ましい。高誘電率溶媒は、電解質塩をよく溶解するため、溶媒中のイオン数を増加させることができるが、粘性が高いのでイオンの移動度は小さい。一方、低粘度溶媒は、粘度が低いためにイオンの移動度は大きいが、電解質塩を溶解しにくい。従って、高誘電率溶媒と低粘度溶媒とを混合して用いることにより、イオン伝導性を高めることができるからである。
高誘電率溶媒としては、環状の炭酸エステルあるいは環状のラクトン類などがあり、具体的には、エチレンカーボネート,プロピレンカーボネート,γ−ブチロラクトン,γ−バレロラクトンあるいはこれらの水素をハロゲンに置換したものなどが挙げられる。低粘度溶媒としては、鎖状の炭酸エステルなどがあり、具体的には、ジメチルカーボネート,エチルメチルカーボネート,ジエチルカーボネート,ジプロピルカーボネート,エチルプロピルカーボネートあるいはこれらの水素をハロゲンに置換したものなどが挙げられる。
電解質塩には、例えば1種または2種以上のリチウム塩を用いる。リチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 ),四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 ),ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 )2 ),ビス(トリフルオロエタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(C2 F5 SO2 )2 )あるいは過塩素酸リチウム(LiClO4 )が挙げられる。
次いで、この電解液を外装部材20の開口部から高分子膜11D,12Dに注入する(ステップS115)。そののち、図6に示したように、外装部材20の開口部を真空雰囲気下で熱融着し密閉する(ステップS116)。これにより、組立体1が形成される。
組立体1を形成したのち、図7に示した製造装置により、組立体1に対して熱および圧力を加える(ステップS120)。この製造装置40は、熱源42A,42Bを内蔵する一対の加熱板41A,41Bを備えている。また、製造装置40は、加熱板41Aを加熱板41Bへ向けて押圧する押圧部材43と、熱源42A,42Bの出力および押圧部材43の押圧力を制御する制御部44と、加熱板41A,41Bの平行度を制御する平行度制御部45と、押圧部材43からの押圧力を加熱板41Aに伝達する押圧力伝達部材46とを備えている。
加熱板41A,41Bは、組立体1を加熱することにより高分子膜11D,12Dを溶融させると共に、組立体1を挟んで加圧し整形するためのものであり、例えば金属板により構成されている。加熱板41A,41Bにより組立体1に加えられる圧力は、10MPa未満であることが必要である。圧力が10MPa以上であると、組立体1の中身が潰れたり外装部材20が破損してしまうおそれがあるからである。加熱板41A,41B、特に押圧部材43側の加熱板41Aは、板としての強度を確保できる程度に十分な厚さを有することが好ましい。なお、加熱板41A,41Bの熱伝導性は、金属により構成されている限り問題なく、金属の種類は特に限定されない。また、加熱板41A,41Bの大きさは、組立体1の大きさよりも大きければ特に限定されない。
加熱板41A,41Bの熱容量は、組立体1の熱容量に対して十分に大きいことが必要であり、例えば組立体1の熱容量の40倍以上であることが好ましい。後述するように、本実施の形態では、加熱板41A,41Bの温度を、50℃以上110℃以下の範囲内とするので、組立体1の室温からの温度上昇は100℃を超えることはない。よって、加熱板41A,41Bの熱容量を組立体1の熱容量の40倍以上とすれば、組立体1の温度が100℃上昇したときの加熱板41A,41Bの温度低下を3℃以下に抑えることができるからである。
熱源42A,42Bは、例えば電熱線により構成されている。熱源42A,42Bは、加熱板41A,41Bがむらなく加熱されるように配設されていればよく、その形状および配置は特に限定されない。
熱源42A,42Bの出力Yは、組立体1の熱容量をXとすると、下記の数1で示した範囲内とされていることが好ましい。15秒以内に必要な熱量を組立体1に供給することができ、加熱時間を短縮して生産性を高めることができるからである。
(数1)
Y(W)≧X(J/K)×100(K)÷15(秒)
Y(W)≧X(J/K)×100(K)÷15(秒)
押圧部材43は、例えば、固定された加熱板41Bへ向けて加熱板41Aを下降させて押圧することにより、加熱板41A,41Bが組立体1を加圧することができるようにするものである。平行度制御部45としては、例えば特許文献2に記載された機構を用いることができる。圧力伝達部材46は、平行度制御部45と加熱板41Aとの間に配設された棒状の部材である。
この製造装置40では、熱源42A,42Bにより加熱された加熱板41A,41Bの間に組立体1を挟み、熱および10MPa未満の圧力を加える。これにより、高分子膜11D,12Dを溶融させると共に組立体1を整形する。ここで、加熱板41A,41Bは熱源42A,42Bを内蔵するので、輻射熱あるいは空気の対流を介して加熱されるのに比べてはるかに速く加熱される。また、組立体1は、熱源42A,42Bにより加熱された加熱板41A,41Bにより、短時間で十分な熱量が供給される。よって、組立体1は、電解質塩が劣化することなく迅速に加熱されて高分子膜11D,12Dが溶融する。また、組立体1は、中身が潰れたり外装部材20が破損することなく良好に整形されると共に、正極11と負極12との間の電極間距離が短くなり、外観上の寸法特性および電池容量が高まる。
このとき、加熱板41A,41Bの温度を、50℃以上110℃以下の範囲内、圧力を0.1MPa以上3MPa以下の範囲内、組立体1に対して熱および圧力を加える時間を1分以上10分以内とすることが好ましい。高分子膜11D,12Dを十分に溶融させてゲル化を十分に進行させることができると共に、電解質塩の劣化を防止することができるからである。また、後述のゲル電解質と正極11,負極12およびセパレータ13との密着性、正極11および負極12とセパレータ13との密着性、もしくはゲル電解質を介しての正極11および負極12とセパレータ13との密着性を向上させることができるからである。
組立体1に熱および圧力を加えたのち、組立体1を冷却し(ステップS130)、溶融された高分子膜11D,12Dを固化させ、ゲル電解質を形成する。これにより、本実施の形態に係る電池が完成する。
このように本実施の形態では、正極11および負極12と共に電解液および高分子膜11D,12Dを備えた組立体1を形成し、この組立体1に対して、熱源42A,42Bを内蔵する加熱板41A,41Bにより、熱および10MPa未満の圧力を加えるようにしたので、短時間で十分な熱量を組立体1に供給することができる。よって、電解質塩を劣化させることなく組立体1を迅速に加熱し、電池の特性および生産性を著しく向上させることができる。また、組立体1を破損することなく良好に整形することができると共に、正極11と負極12との間の電極間距離を短くし、外観上の寸法特性および電池容量を高めることができる。
また、加熱板41A,41Bの熱容量を、組立体1の熱容量の40倍以上とするようにすれば、加熱板41A,41Bの温度変動を防止し、組立体1に十分な熱量を供給することができる。
更に、熱源42A,42Bの出力を、数1で示した範囲内とするようにすれば、15秒以内に必要な熱量を組立体1に供給することができ、加熱時間を短縮して生産性を高めることができる。
更に、加熱板41A,41Bの温度を、50℃以上110℃以下の範囲内、圧力を0.1MPa以上3MPa以下の範囲内、組立体1に対して熱および圧力を加える時間を1分以上10分以内とするようにすれば、高分子膜11D,12Dを十分に溶融させてゲル化を十分に進行させることができると共に、電解質塩の劣化を防止することができる。また、ゲル電解質と正極11,負極12およびセパレータ13との密着性、正極11および負極12とセパレータ13との密着性、もしくはゲル電解質を介しての正極11および負極12とセパレータ13との密着性を向上させ、電池特性を向上させることができる。
(第2の実施の形態)
図8は、本発明の第2の実施の形態に係る電池の製造方法の流れを表すものであり、図9はその一工程を表すものである。この電池の製造方法は、組立体を形成する工程が異なることを除き、第1の実施の形態と同一の工程を有している。よって、ここでは、図2も参照し、同一の符号を用いて説明する。また、同一部分についての詳細な説明は適宜省略する。まず、図2に示したように、第1の実施の形態と同様にして、正極11および負極12を作製する(ステップS111)。次いで、図9に示したように、正極11に正極リード11Cを取り付けると共に、負極12に負極リード12Cを取り付けたのち、正極11と負極12とをセパレータ13を介して巻回し巻回電極体30とする。(ステップS212)、次いで、巻回電極体30を外装部材20の内部に収納する(ステップS213)。続いて、高分子化合物の粉末を分散させた電解液を用意し、その電解液を外装部材20の開口部から、巻回電極体30、具体的には、正極11,負極12およびセパレータ13に注ぐ(ステップS214)。そののち、第1の実施の形態と同様にして、外装部材20の開口部を熱融着して密閉し(ステップS215)、組立体を形成する(ステップS210)。高分子化合物および電解液としては、例えば、第1の実施の形態と同様のものを用いることができる。そののち、第1の実施の形態と同様の製造装置40を用い、組立体に熱および圧力を加え、高分子化合物を溶融させる(ステップS220)。組立体に熱および圧力を加えたのち、組立体を冷却し(ステップS230)、溶融された高分子化合物を固化させ、ゲル電解質を形成する。これにより、本実施の形態に係る電池が完成する。
図8は、本発明の第2の実施の形態に係る電池の製造方法の流れを表すものであり、図9はその一工程を表すものである。この電池の製造方法は、組立体を形成する工程が異なることを除き、第1の実施の形態と同一の工程を有している。よって、ここでは、図2も参照し、同一の符号を用いて説明する。また、同一部分についての詳細な説明は適宜省略する。まず、図2に示したように、第1の実施の形態と同様にして、正極11および負極12を作製する(ステップS111)。次いで、図9に示したように、正極11に正極リード11Cを取り付けると共に、負極12に負極リード12Cを取り付けたのち、正極11と負極12とをセパレータ13を介して巻回し巻回電極体30とする。(ステップS212)、次いで、巻回電極体30を外装部材20の内部に収納する(ステップS213)。続いて、高分子化合物の粉末を分散させた電解液を用意し、その電解液を外装部材20の開口部から、巻回電極体30、具体的には、正極11,負極12およびセパレータ13に注ぐ(ステップS214)。そののち、第1の実施の形態と同様にして、外装部材20の開口部を熱融着して密閉し(ステップS215)、組立体を形成する(ステップS210)。高分子化合物および電解液としては、例えば、第1の実施の形態と同様のものを用いることができる。そののち、第1の実施の形態と同様の製造装置40を用い、組立体に熱および圧力を加え、高分子化合物を溶融させる(ステップS220)。組立体に熱および圧力を加えたのち、組立体を冷却し(ステップS230)、溶融された高分子化合物を固化させ、ゲル電解質を形成する。これにより、本実施の形態に係る電池が完成する。
このように本実施の形態では、巻回電極体30、すなわち正極11,負極12およびセパレータ13に、高分子化合物の粉末を分散させた電解液を注ぎ、外装部材20を密閉して組立体を形成し、この組立体に対して、第1の実施の形態と同様に、熱源42A,42Bを内蔵する加熱板41A,41Bにより、熱および10MPa未満の圧力を加えるようにしたので、電解質塩を劣化させることなく組立体1を迅速に加熱して高分子膜11D,12Dを溶融させ、電池の特性および生産性を著しく向上させることができる。また、組立体1を良好に整形し、外観上の寸法特性および電池容量を高めることができる。
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
(実施例1−1〜1−5)
第1の実施の形態において説明した電池の製造方法により二次電池を作製した。まず、正極活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO2 )を92重量%と、結着剤として粉末状ポリフッ化ビニリデンを3重量%と、導電剤として粉末状黒鉛を5重量%とを、溶剤であるN−メチルピロリドンを用いてプラネタリーミキサーによって混練し、正極合剤塗液を作製した。次いで、図2(A)に示したように、正極合剤塗液を塗工装置を用いてアルミニウム箔よりなる正極集電体11Aの両面に均一に塗布し、120℃で乾燥させたのち、再度、減圧状態において120℃で24時間乾燥させた。続いて、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層11Bを形成したのち、幅48mm、長さ300mmに裁断して正極11を作製した(図1;ステップS111参照)。
第1の実施の形態において説明した電池の製造方法により二次電池を作製した。まず、正極活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO2 )を92重量%と、結着剤として粉末状ポリフッ化ビニリデンを3重量%と、導電剤として粉末状黒鉛を5重量%とを、溶剤であるN−メチルピロリドンを用いてプラネタリーミキサーによって混練し、正極合剤塗液を作製した。次いで、図2(A)に示したように、正極合剤塗液を塗工装置を用いてアルミニウム箔よりなる正極集電体11Aの両面に均一に塗布し、120℃で乾燥させたのち、再度、減圧状態において120℃で24時間乾燥させた。続いて、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層11Bを形成したのち、幅48mm、長さ300mmに裁断して正極11を作製した(図1;ステップS111参照)。
また、負極活物質としてメソフェーズ系球状黒鉛を90重量%と、結着剤として粉末状ポリフッ化ビニリデンを10重量%とを、溶剤であるN−メチルピロリドンを用いてプラネタリーミキサーによって混練し、負極合剤塗液を作製した。次いで、図2(B)に示したように、負極合剤塗液を塗工装置を用いて銅箔よりなる負極集電体12Aの両面に均一に塗布し、120℃で乾燥させたのち、再度、減圧状態において120℃で24時間乾燥させた。続いて、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層12Bを形成したのち、幅50mm、長さ310mmに裁断して負極12を作製した(図1;ステップS111参照)。
また、ヘキサフルオロプロピレンを6重量%の割合で共重合させた重量平均分子量60万のポリフッ化ビニリデンを、プロピレンカーボネートとジメチルカーボネートとを3:7の重量比で混合した希釈溶剤に溶解させ、高分子溶液を作製した。
次いで、図3(A)に示したように、正極11の端部にアルミニウムリボンよりなる正極リード11Cを溶接したのち、正極活物質層11Bの上に、高分子溶液を塗布し、ジメチルカーボネートを揮発させ高分子膜11Dを形成した(図1;ステップS112参照)。また、図3(B)に示したように、負極12の端部にニッケルリボンよりなる負極リード12Cを溶接したのち、負極活物質層12Bの上に、高分子溶液を塗布し、ジメチルカーボネートを揮発させ高分子膜12Dを形成した(図1;ステップS112参照)。
そののち、図4に示したように、正極11および負極12を、厚み20μmの多孔質ポリエチレンフィルムよりなるセパレータ13を介して巻回して、最外周に保護テープ14を貼付することにより、巻回電極体10を作製した(図1;ステップS113参照)。そののち、図5に示したように、作製した巻回電極体10を外装部材20に挟み、3辺を熱融着した(図1;ステップS114参照)。その際、正極リード11Cおよび負極リード12Cと外装部材20との間にプロピレンよりなる密着フィルム21を挿入した。外装部材20には、アルミニウム箔が一対の樹脂フィルムで挟まれてなるアルミラミネートフィルムを用いた。
また、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとを1:1の重量比で混合した溶媒に、六フッ化リン酸リチウムを0.95mol/kgの濃度で溶解させ、電解液を作製した。次いで、この電解液を外装部材20の開口部から、高分子膜11D,12Dに注入したのち(図1;ステップS115参照)、図6に示したように、外装部材20の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密封し(図1;ステップS116参照)、熱容量が10J/Kの組立体1を形成した(図1;ステップS110参照)。
そののち、図7に示した製造装置40により、組立体1に対して熱および圧力を加えた(ステップS120)。加熱板41A,41Bには、10cm×5cm×2cmの銅板を用い、熱容量を2枚合わせて690J/Kとした。また、熱源42A,42Bの出力は、加熱板41A,41Bの2枚合わせて200Wとした。加熱板41A,41Bの温度は、実施例1−1〜1−5で表1に示したように変化させた。また、圧力は2MPaとし、加熱・加圧時間は5分とした。次いで、組立体1を冷却し(図1;ステップS130参照)、熱により溶融された高分子膜11D,12Dを固化させ、ゲル電解質を形成した。これにより、実施例1−1〜1−5の二次電池を得た。
また、実施例1−1〜1−5に対する比較例1−1〜1−3として、組立体を一辺が150mmの正方形の面を有する厚み6mmのステンレスよりなる金属板により挟み、バネで2MPaの圧力を加え、70℃のオーブン中に表1に示した時間保存したことを除き、他は実施例1−1〜1−5と同様にして二次電池を作製した。
作製した実施例1−1〜1−5および比較例1−1〜1−3の二次電池について、電池容量,負荷特性,低温特性,サイクル特性,漏液量およびゲル電解質中に含まれる六フッ化リン酸リチウムの分解により発生したフッ化水素(HF)量を調べた。その結果を表1に示す。また、実施例1−1〜1−5の加熱板41A,41Bの温度と電池容量および初回充放電効率との関係を図10に示し、加熱板41A,41Bの温度と負荷特性およびサイクル特性との関係を図11に示す。
電池容量は、電流値0.5C、上限電圧4.2V、充電時間6時間の条件で定電流定電圧充電を行ったのちに、電流値0.2C、終止電圧3Vの条件で定電流放電を行ったときの放電容量とした。0.5Cとは電池の定格容量を2時間で放電させる電流値のことであり、0.2Cとは電池の定格容量を5時間で放電させる電流値である。なお、ゲル電解質の形成状態が悪いと正極活物質あるいは負極活物質が十分に反応しなかったり、負極上にリチウムが析出し、それが脱落するので、電池容量が低下する。この電池容量は、本実施例の設計仕様では880mAh以上であれば好ましい。
初回充放電効率は、上述した充放電条件の充放電により得られた初回充電容量および初回放電容量から、(初回放電容量)/(初回充電容量)×100(%)として算出した。なお、リチウムが析出したり未反応モノマーが残存するとこの数値が低下し、電池容量低下にもつながる。この初回充放電効率は、本実施例の設計仕様では88%以上であれば好ましい。
負荷特性は、0.2Cで放電したときの放電容量に対する3Cで放電したときの放電容量の比率として算出した。0.2Cで放電したときの放電容量は、上述した条件で充放電を行ったときの放電容量である。一方、3Cで放電したときの放電容量は、上述した充電条件で充電を行った後に、電流値3C、終止電圧3Vの条件で定電流放電を行ったときの放電容量である。3Cとは電池の定格容量を20分間で放電させる電流値である。なお、ゲル電解質の形成状態が悪いとイオン伝導性が低くなり、負荷特性が低下する。この負荷特性は、本実施例の設計仕様では80%以上であれば好ましい。
サイクル特性は、1サイクル目の放電容量に対する500サイクル目の放電容量の比率として算出した。1サイクル目および500サイクル目の放電容量は、それぞれ、電流値1.0C、上限電圧4.2V、充電時間3時間の条件で定電流定電圧充電を行ったのち、電流値1.0C、終止電圧3Vの条件で定電流放電を行ったときの1サイクル目および500目の各放電容量とした。なお、サイクル特性は繰り返し使用する二次電池の最も重要かつ基本的特性であり、ゲル電解質あるいは電池の出来不出来を端的に表す。このサイクル特性は、本実施例の設計仕様では70%以上であれば好ましい。
漏液量はゲル化の程度を表す。この漏液量は、完成後の電池の外装部材20を切り開いて巻回電極体を取り出し、厚み3mmのペーパータオルで上下から挟み、プレス機で常温において60kgf/cm2 (約6MPa)の圧力を加え、加圧前と加圧後の巻回電極体の秤量値から求めた。その際、外装部材20から取り出した巻回電極体に付着物がある場合は、その付着物を必要に応じて取り除いた。この漏液量は、本実施例の設計仕様では電池の重量の0.1%以下であれば好ましい。
フッ化水素量は、副反応の程度を表す。このフッ化水素量は、電池を分解してゲル電解質を採取し、アルカリを用いた氷温滴定にて求めることにより調べた。このフッ化水素量は、本実施例の設計仕様ではゲル電解質において20重量%以下であれば好ましい。
表1から明らかなように、実施例1−1〜1−5によれば、短時間の加熱でも、液漏れおよびフッ化水素の発生が少なく、各電池特性も良好であった。これに対して、比較例1−1では、液漏れおよびフッ化水素も比較的多く、電池容量,初回充放電効率およびサイクル特性が悪かった。これは、オーブンによる短時間の加熱では、高分子化合物の一部が溶融せずに残存し、ゲル電解質のイオン伝導性が低くなってしまったためと考えられる。また、比較例1−2,1−3では、液漏は少なかったが、長時間の加熱によりフッ化水素が多く発生し、結果的に、初回充放電効率およびサイクル特性が悪かった。
すなわち、熱源42A,42Bを内蔵した加熱板41A,41Bにより、組立体1に熱および圧力を加えるようにすれば、電池特性を向上させることができることが分かった。
また、表1,図10および図11から明らかなように、電池容量,初回充放電効率,負荷特性およびサイクル特性はいずれも、加熱板41A,41Bの温度を高くすると増加し、極大値を示したのち小さくなる傾向が見られた。中でも、実施例1−2〜1−4によれば、電池容量を880mAh以上、初回充放電効率を88%以上、負荷特性を80%以上、サイクル特性を70%以上と、電池容量,初回充放電効率,負荷特性およびサイクル特性のいずれについても、より良好な値を得ることができた。これに対して、実施例1−1では、電池容量,初回充放電効率,負荷特性およびサイクル特性のいずれもやや低く、実施例1−5では、電池容量,初回充放電効率およびサイクル特性がやや低かった。これは、加熱板41A,41Bの温度が低すぎると、高分子化合物が十分に溶解せず、ゲル化が十分に進まないのでゲル電解質の保液性が悪く、高すぎると、六フッ化リン酸リチウムが多く分解してしまうことに起因すると考えられる。すなわち、加熱板41A,41Bの温度は、50℃以上110℃以下の範囲内とすることが好ましいことが分かった。
(実施例2−1〜2−4)
組立体1に加える圧力を表2に示したように変化させたことを除き、他は実施例1−3と同様にして二次電池を作製した。また、実施例2−1〜2−4に対する比較例2−1として、組立体1に加える圧力を10MPaとしたことを除き、他は実施例2−1〜2−4と同様にして二次電池を作製した。実施例2−1〜2−4および比較例2−1の二次電池についても、実施例1−3と同様にして、電池容量,負荷特性,低温特性,サイクル特性,漏液量およびフッ化水素量を調べた。その結果を実施例1−3の結果と共に表2に示す。また、実施例1−3,2−1〜2−4および比較例2−1の圧力と電池容量および初回充放電効率との関係を図12に示し、圧力と負荷特性およびサイクル特性との関係を図13に示す。
組立体1に加える圧力を表2に示したように変化させたことを除き、他は実施例1−3と同様にして二次電池を作製した。また、実施例2−1〜2−4に対する比較例2−1として、組立体1に加える圧力を10MPaとしたことを除き、他は実施例2−1〜2−4と同様にして二次電池を作製した。実施例2−1〜2−4および比較例2−1の二次電池についても、実施例1−3と同様にして、電池容量,負荷特性,低温特性,サイクル特性,漏液量およびフッ化水素量を調べた。その結果を実施例1−3の結果と共に表2に示す。また、実施例1−3,2−1〜2−4および比較例2−1の圧力と電池容量および初回充放電効率との関係を図12に示し、圧力と負荷特性およびサイクル特性との関係を図13に示す。
表2,図12および図13から明らかなように、電池容量,初回充放電効率,負荷特性およびサイクル特性はいずれも、組立体1に加える圧力を大きくすると増加し、極大値を示したのち小さくなる傾向が見られた。中でも、実施例1−3,2−2,2−3によれば、電池容量を880mAh以上、初回充放電効率を88%以上、負荷特性を80%以上、サイクル特性を70%以上と、電池容量,初回充放電効率,負荷特性およびサイクル特性のいずれについても、より良好な値を得ることができた。これに対して、実施例2−1,2−4では電池容量,初回充放電効率,負荷特性およびサイクル特性のいずれもやや低かった。また、比較例1−1では、電池容量,初回充放電効率,負荷特性およびサイクル特性のいずれも零であった。これは、圧力が小さすぎると、ゲル電解質と正極11,負極12およびセパレータ13との密着性、正極11および負極12とセパレータ13との密着性、もしくはゲル電解質を介しての正極11および負極12とセパレータ13との密着性が悪く、大きすぎると、微小な短絡が起こり、10MPa以上になると、組立体の中身が潰れてしまうためと考えられる。すなわち、組立体1に加える圧力は10MPa未満とする必要があり、0.1MPa以上3MPa以下の範囲内とすればより好ましいことが分かった。
(実施例3−1〜3−4)
加熱・加圧時間を表3に示したように変えたことを除き、他は実施例1−3と同様にして二次電池を作製した。実施例3−1〜3−4の二次電池についても、実施例1−3と同様にして、電池容量,負荷特性,低温特性,サイクル特性,漏液量およびフッ化水素量を調べた。その結果を実施例1−3の結果と共に表3に示す。また、実施例1−3,3−1〜3−4の加熱・加圧時間と電池容量および初回充放電効率との関係を図14に示し、加熱・加圧時間と負荷特性およびサイクル特性との関係を図15に示す。
加熱・加圧時間を表3に示したように変えたことを除き、他は実施例1−3と同様にして二次電池を作製した。実施例3−1〜3−4の二次電池についても、実施例1−3と同様にして、電池容量,負荷特性,低温特性,サイクル特性,漏液量およびフッ化水素量を調べた。その結果を実施例1−3の結果と共に表3に示す。また、実施例1−3,3−1〜3−4の加熱・加圧時間と電池容量および初回充放電効率との関係を図14に示し、加熱・加圧時間と負荷特性およびサイクル特性との関係を図15に示す。
表3,図14および図15から明らかなように、電池容量,初回充放電効率,負荷特性およびサイクル特性はいずれも、加熱・加圧時間を長くすると増加し、極大値を示したのち小さくなる傾向が見られた。中でも、実施例1−3,3−2,3−3によれば、電池容量を880mAh以上、初回充放電効率を88%以上、負荷特性を80%以上、サイクル特性を70%以上と、電池容量,初回充放電効率,負荷特性およびサイクル特性のいずれについても、より良好な値を得ることができた。これに対して、実施例3−1,3−4では、電池容量,初回充放電効率,負荷特性およびサイクル特性のいずれもやや低かった。これは、加熱・加圧時間が短すぎると、高分子化合物が十分に溶解せず、ゲル化が十分に進まないのでゲル電解質の保液性が悪く、長すぎると、六フッ化リン酸リチウムが多く分解してしまうことに起因すると考えられる。すなわち、加熱・加圧時間は1分以上10分以下の範囲内とすることが好ましいことが分かった。
(実施例4−1〜4−3)
実施例4−1〜4−3として、溶媒の組成を表4に示したように変えたことを除き、他は実施例1−3と同様にして二次電池を作製した。すなわち、実施例4−1では、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを35:45:20の重量比で混合した溶媒を用い、実施例4−2では、エチレンカーボネートとジエチルカーボネート(DEC)とジメチルカーボネート(DMC)とを45:25:30の重量比で混合した溶媒を用い、実施例4−3では、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとγ−ブチロラクトン(GBL)とγ−バレロラクトン(GVL)とジメチルカーボネートとを35:5:2:3:55の重量比で混合した溶媒を用いた。実施例4−1〜4−3の二次電池についても、実施例1−3と同様にして、電池容量,負荷特性,低温特性,サイクル特性,漏液量およびフッ化水素量を調べた。その結果を実施例1−3の結果と共に表4に示す。
実施例4−1〜4−3として、溶媒の組成を表4に示したように変えたことを除き、他は実施例1−3と同様にして二次電池を作製した。すなわち、実施例4−1では、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを35:45:20の重量比で混合した溶媒を用い、実施例4−2では、エチレンカーボネートとジエチルカーボネート(DEC)とジメチルカーボネート(DMC)とを45:25:30の重量比で混合した溶媒を用い、実施例4−3では、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとγ−ブチロラクトン(GBL)とγ−バレロラクトン(GVL)とジメチルカーボネートとを35:5:2:3:55の重量比で混合した溶媒を用いた。実施例4−1〜4−3の二次電池についても、実施例1−3と同様にして、電池容量,負荷特性,低温特性,サイクル特性,漏液量およびフッ化水素量を調べた。その結果を実施例1−3の結果と共に表4に示す。
表4から明らかなように、実施例4−1〜4−3によれば、実施例1−3と同様に、電池容量,負荷特性,低温特性,サイクル特性,漏液量およびフッ化水素量について、良好な結果が得られた。すなわち、他の溶媒を用いても、熱源42A,42Bを内蔵した加熱板41A,41Bにより、組立体1に熱および圧力を加えるようにすれば、電池特性を向上させることができることが分かった。
(実施例5−1〜5−13)
第2の実施の形態において説明した電池の製造方法により二次電池を作製した。まず、実施例1−1と同様にして正極11および負極12を作製した(図8;ステップS111参照)。次いで、正極11と負極12とをセパレータ13を介して巻回し巻回電極体30としたのち(図8;ステップS212参照)、外装部材20の内部に収納した(図8;ステップS213参照)。続いて、高分子化合物の粉末を電解液に、高分子化合物:電解液=1:10の重量比で分散させ、それを外装部材20の内部から巻回電極体30に注いだ(図8;ステップS214参照)。高分子化合物,電解液および外装部材20には、実施例1−1と同じものを用いた。そののち、外装部材20の開口部を熱融着して密閉し(図8;ステップS215参照)、熱容量が10J/Kの組立体を形成した(図8;ステップS210参照)。次いで、実施例1−1と同様に、図7に示した製造装置を用い、組立体に熱および圧力を加えたのち(図8;ステップS220参照)、冷却した(図8;ステップS230参照)。その際、加熱板41A,41Bの温度,組立体に加える圧力および加熱・加圧時間を実施例5−1〜5−13で表5に示したように変化させた。以上の工程により、実施例5−1〜5−13の二次電池を得た。
第2の実施の形態において説明した電池の製造方法により二次電池を作製した。まず、実施例1−1と同様にして正極11および負極12を作製した(図8;ステップS111参照)。次いで、正極11と負極12とをセパレータ13を介して巻回し巻回電極体30としたのち(図8;ステップS212参照)、外装部材20の内部に収納した(図8;ステップS213参照)。続いて、高分子化合物の粉末を電解液に、高分子化合物:電解液=1:10の重量比で分散させ、それを外装部材20の内部から巻回電極体30に注いだ(図8;ステップS214参照)。高分子化合物,電解液および外装部材20には、実施例1−1と同じものを用いた。そののち、外装部材20の開口部を熱融着して密閉し(図8;ステップS215参照)、熱容量が10J/Kの組立体を形成した(図8;ステップS210参照)。次いで、実施例1−1と同様に、図7に示した製造装置を用い、組立体に熱および圧力を加えたのち(図8;ステップS220参照)、冷却した(図8;ステップS230参照)。その際、加熱板41A,41Bの温度,組立体に加える圧力および加熱・加圧時間を実施例5−1〜5−13で表5に示したように変化させた。以上の工程により、実施例5−1〜5−13の二次電池を得た。
また、実施例5−1〜5−13に対する比較例5−1〜5−3として、比較例1−1〜1−3と同様にして、組立体を一辺が150mmの正方形の面を有する厚み6mmのステンレスよりなる金属板により挟み、バネで2MPaの圧力を加え、70℃のオーブン中に表5に示した時間保存したことを除き、他は実施例5−1〜5−13と同様にして二次電池を作製した。更に、実施例5−1〜5−13に対する比較例5−4として、組立体に加える圧力を10MPaとしたことを除き、他は実施例5−1〜5−13と同様にして二次電池を作製した。
実施例5−1〜5−13および比較例5−1〜5−4の二次電池についても、実施例1−1と同様にして、電池容量,負荷特性,低温特性,サイクル特性,漏液量およびフッ化水素量を調べた。その結果を表5に示す。
表5から明らかなように、正極11および負極12に高分子膜11D,12Dを形成したのち、高分子膜11D,12Dに電解液を注入した実施例と同様の傾向が見られた。すなわち、正極11および負極12に高分子化合物の粉末が分散された電解液を注ぎ、その高分子化合物を溶融させるようにしても、熱源42A,42Bを内蔵した加熱板41A,41Bにより、組立体に熱および圧力を加えるようにすれば、電池特性を向上させることができることが分かった。
(実施例6−1,6−2)
実施例6−1として、加熱板41A,41Bの厚みを1cmとし、熱容量を加熱板41A,41Bの2枚合わせて345J/K、つまり、組立体の熱容量の34.5倍としたことを除き、他は実施例5−2と同様にして二次電池を作製した。また、実施例6−2として、熱源42A,42Bの出力を加熱板41A,41Bの2枚合わせて50Wとしたことを除き、他は実施例5−2と同様にして二次電池を作製した。実施例6−1,6−2の二次電池についても、実施例5−2と同様にして、電池容量,負荷特性,低温特性,サイクル特性,漏液量およびフッ化水素量を調べた。その結果を実施例5−2の結果と共に表6に示す。
実施例6−1として、加熱板41A,41Bの厚みを1cmとし、熱容量を加熱板41A,41Bの2枚合わせて345J/K、つまり、組立体の熱容量の34.5倍としたことを除き、他は実施例5−2と同様にして二次電池を作製した。また、実施例6−2として、熱源42A,42Bの出力を加熱板41A,41Bの2枚合わせて50Wとしたことを除き、他は実施例5−2と同様にして二次電池を作製した。実施例6−1,6−2の二次電池についても、実施例5−2と同様にして、電池容量,負荷特性,低温特性,サイクル特性,漏液量およびフッ化水素量を調べた。その結果を実施例5−2の結果と共に表6に示す。
表6から明らかなように、実施例5−2によれば、実施例6−1に比べて電池容量,初回充放電効率,負荷特性およびサイクル特性のいずれも高く、実施例6−2に比べては、電池容量,初回充放電効率およびサイクル特性が高かった。これは、実施例5−2では、表6に示したように、実施例6−1,6−2に比べて漏液量が少ないことから分かるように、組立体に対して十分に熱量を供給でき、それにより、高分子化合物を十分に溶融し、ゲル化を十分に進行させることができたためと考えられる。すなわち、加熱板41A,41Bの熱容量を、組立体の熱容量の40倍以上とするようにすれば、または、熱源42A,42Bの出力を数1で示した範囲内とするようにすれば、電池特性をより向上させることができることが分かった。
なお、上記実施例では、高分子化合物および電解液について具体的に例を挙げて説明したが、他の材料を用いても、同様の結果を得ることができる。
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、熱源42A,42Bとして、電熱線を用いた場合について説明したが、熱源42A,42Bは電熱線に限られない。
また、上記実施の形態および実施例では、粒子状の正極活物質および粒子状の負極活物質を用いて正極活物質層11Bおよび負極活物質層12Bを形成する場合について説明したが、蒸着などにより正極活物質層11Bおよび負極活物質層12Bを形成するようにしてもよい。また、負極12については、板状あるいは箔状のリチウム金属を用いてもよい。
更にまた、上記実施の形態および実施例では、リチウムを電極反応種として用いる二次電池について説明したが、本発明は、固体状の高分子化合物を溶融させたゲル電解質を用いる電池について広く適用することができる。
1…組立体、10,30…巻回電極体、11…正極、11A…正極集電体、11B…正極活物質層、11C…正極リード、11D,12D…膜(高分子膜)、12…負極、12A…負極集電体、12B…負極活物質層、12C…負極リード、13…セパレータ、14…保護テープ、20…外装部材、21…密着フィルム、40…製造装置、41A,41B…加熱板、42A,42B…熱源、43…押圧部材。
Claims (11)
- 正極および負極と共にゲル電解質を備えた電池の製造方法であって、
前記正極および前記負極と共に電解液および固体状の高分子化合物を備えた組立体を形成する工程と、
前記組立体に対して、熱源を内蔵した加熱板により、熱および10MPa未満の圧力を加える工程と
を含むことを特徴とする電池の製造方法。 - 前記組立体を形成する工程は、
前記正極または前記負極に前記高分子化合物の膜を形成する工程と、
前記高分子化合物の膜に電解液を注入する工程と
を含むことを特徴とする請求項1記載の電池の製造方法。 - 前記組立体を形成する工程は、
前記正極または前記負極に、前記高分子化合物の粉末が分散された電解液を注ぐ工程を含む
ことを特徴とする請求項1記載の電池の製造方法。 - 前記加熱板の熱容量を、前記組立体の熱容量の40倍以上とする
ことを特徴とする請求項1記載の電池の製造方法。 - 前記熱源の出力を数1で示した範囲内とする
ことを特徴とする請求項1記載の電池の製造方法。
(数1)
Y(W)≧X(J/K)×100(K)÷15(秒)
(式中、Yは熱源の出力を表し、Xは組立体の熱容量を表す。) - 前記加熱板の温度を、50℃以上110℃以下の範囲内、前記圧力を0.1MPa以上3MPa以下の範囲内、前記組立体に対して熱および圧力を加える時間を1分以上10分以内とする
ことを特徴とする請求項1記載の電池の製造方法。 - 前記負極として、リチウムを挿入および放出することが可能な負極材料,リチウム合金および金属リチウムのうちの少なくとも1種を含むものを用いる
ことを特徴とする請求項1記載の電池の製造方法。 - 前記高分子化合物として、フッ化ビニリデン,エチレンオキサイド,プロピレンオキサイド,アクリロニトリルあるいはメタクリルニトリルを繰り返し単位として含むものを用いる
ことを特徴とする請求項1記載の電池の製造方法。 - 正極および負極と共に電解液および固体状の高分子化合物を備えた組立体を加熱および加圧する電池の製造装置であって、
熱源を内蔵し、前記組立体に対して熱および10MPa未満の圧力を加える加熱板を備えた
ことを特徴とする電池の製造装置。 - 前記加熱板の熱容量は、前記組立体の熱容量の40倍以上である
ことを特徴とする請求項9記載の電池の製造装置。 - 前記熱源の出力は、数2で示した範囲内である
ことを特徴とする請求項9記載の電池の製造装置。
(数2)
Y(W)≧X(J/K)×100(K)÷15(秒)
(式中、Yは熱源の出力を表し、Xは組立体の熱容量を表す。)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003286812A JP2005056701A (ja) | 2003-08-05 | 2003-08-05 | 電池の製造方法および製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003286812A JP2005056701A (ja) | 2003-08-05 | 2003-08-05 | 電池の製造方法および製造装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005056701A true JP2005056701A (ja) | 2005-03-03 |
Family
ID=34366004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003286812A Pending JP2005056701A (ja) | 2003-08-05 | 2003-08-05 | 電池の製造方法および製造装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005056701A (ja) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011530784A (ja) * | 2008-08-05 | 2011-12-22 | シオン・パワー・コーポレーション | 電気化学電池における力の印加 |
US9040197B2 (en) | 2011-10-13 | 2015-05-26 | Sion Power Corporation | Electrode structure and method for making the same |
US9548492B2 (en) | 2011-06-17 | 2017-01-17 | Sion Power Corporation | Plating technique for electrode |
US9577267B2 (en) | 2012-12-19 | 2017-02-21 | Sion Power Corporation | Electrode structure and method for making same |
US10319988B2 (en) | 2014-05-01 | 2019-06-11 | Sion Power Corporation | Electrode fabrication methods and associated systems and articles |
US10629947B2 (en) | 2008-08-05 | 2020-04-21 | Sion Power Corporation | Electrochemical cell |
KR20210043712A (ko) | 2018-09-14 | 2021-04-21 | 가부시끼가이샤 구레하 | 수지 분산 전해액, 폴리머 겔 전해질 및 이의 제조방법, 및 이차전지 및 이의 제조방법 |
KR20210054564A (ko) | 2018-09-14 | 2021-05-13 | 가부시끼가이샤 구레하 | 수지 분산 전해액, 폴리머 겔 전해질 및 이의 제조방법, 및 이차전지 및 이의 제조방법 |
CN113903988A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-07 | 广东瑞科美电源技术有限公司 | 一种固态电解质电芯的制备方法及其制备工具 |
US11791511B2 (en) | 2019-11-19 | 2023-10-17 | Sion Power Corporation | Thermally insulating compressible components for battery packs |
US11824228B2 (en) | 2019-11-19 | 2023-11-21 | Sion Power Corporation | Compression systems for batteries |
US11923495B2 (en) | 2020-03-13 | 2024-03-05 | Sion Power Corporation | Application of pressure to electrochemical devices including deformable solids, and related systems |
US11978917B2 (en) | 2019-11-19 | 2024-05-07 | Sion Power Corporation | Batteries with components including carbon fiber, and associated systems and methods |
US11984575B2 (en) | 2019-11-19 | 2024-05-14 | Sion Power Corporation | Battery alignment, and associated systems and methods |
-
2003
- 2003-08-05 JP JP2003286812A patent/JP2005056701A/ja active Pending
Cited By (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11108076B2 (en) | 2008-08-05 | 2021-08-31 | Sion Power Corporation | Application of force in electrochemical cells |
US11121397B2 (en) | 2008-08-05 | 2021-09-14 | Sion Power Corporation | Application of force in electrochemical cells |
US9105938B2 (en) | 2008-08-05 | 2015-08-11 | Sion Power Corporation | Application of force in electrochemical cells |
US11735761B2 (en) | 2008-08-05 | 2023-08-22 | Sion Power Corporation | Application of force in electrochemical cells |
JP2011530784A (ja) * | 2008-08-05 | 2011-12-22 | シオン・パワー・コーポレーション | 電気化学電池における力の印加 |
US9780404B2 (en) | 2008-08-05 | 2017-10-03 | Sion Power Corporation | Application of force in electrochemical cells |
US10312545B2 (en) | 2008-08-05 | 2019-06-04 | Sion Power Corporation | Application of force in electrochemical cells |
US10320027B2 (en) | 2008-08-05 | 2019-06-11 | Sion Power Corporation | Application of force in electrochemical cells |
US11108077B2 (en) | 2008-08-05 | 2021-08-31 | Sion Power Corporation | Application of force in electrochemical cells |
US10629947B2 (en) | 2008-08-05 | 2020-04-21 | Sion Power Corporation | Electrochemical cell |
US11456459B2 (en) | 2011-06-17 | 2022-09-27 | Sion Power Corporation | Plating technique for electrode |
US9548492B2 (en) | 2011-06-17 | 2017-01-17 | Sion Power Corporation | Plating technique for electrode |
US9040197B2 (en) | 2011-10-13 | 2015-05-26 | Sion Power Corporation | Electrode structure and method for making the same |
US9577267B2 (en) | 2012-12-19 | 2017-02-21 | Sion Power Corporation | Electrode structure and method for making same |
US10319988B2 (en) | 2014-05-01 | 2019-06-11 | Sion Power Corporation | Electrode fabrication methods and associated systems and articles |
KR20210054564A (ko) | 2018-09-14 | 2021-05-13 | 가부시끼가이샤 구레하 | 수지 분산 전해액, 폴리머 겔 전해질 및 이의 제조방법, 및 이차전지 및 이의 제조방법 |
KR20210043712A (ko) | 2018-09-14 | 2021-04-21 | 가부시끼가이샤 구레하 | 수지 분산 전해액, 폴리머 겔 전해질 및 이의 제조방법, 및 이차전지 및 이의 제조방법 |
US11929523B2 (en) | 2019-11-19 | 2024-03-12 | Sion Power Corporation | Batteries, and associated systems and methods |
US11984575B2 (en) | 2019-11-19 | 2024-05-14 | Sion Power Corporation | Battery alignment, and associated systems and methods |
US11791511B2 (en) | 2019-11-19 | 2023-10-17 | Sion Power Corporation | Thermally insulating compressible components for battery packs |
US11824228B2 (en) | 2019-11-19 | 2023-11-21 | Sion Power Corporation | Compression systems for batteries |
US11978917B2 (en) | 2019-11-19 | 2024-05-07 | Sion Power Corporation | Batteries with components including carbon fiber, and associated systems and methods |
US11923495B2 (en) | 2020-03-13 | 2024-03-05 | Sion Power Corporation | Application of pressure to electrochemical devices including deformable solids, and related systems |
CN113903988A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-07 | 广东瑞科美电源技术有限公司 | 一种固态电解质电芯的制备方法及其制备工具 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4774941B2 (ja) | ゲル電解質およびゲル電解質電池 | |
EP1056142B1 (en) | Solid electrolyte battery | |
EP1401037B1 (en) | Separator for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery provided therewith | |
KR100742109B1 (ko) | 비수성-전해질 2차 전지 및 그 제조방법 | |
EP1780820A1 (en) | Lithium ion secondary cell and manufacturing method thereof | |
CN102088109A (zh) | 非水电解质二次电池和隔膜 | |
JP4967970B2 (ja) | リチウムイオン電池の正極の製造方法 | |
WO2018194163A1 (ja) | リチウムイオン電池用電極活物質成形体の製造方法及びリチウムイオン電池の製造方法 | |
CN111630694B (zh) | 非水电解液二次电池用负极活性物质、负极以及电池 | |
JP5418626B2 (ja) | リチウムイオン電池の正極の製造方法およびリチウムイオン電池の製造方法 | |
JP2005056701A (ja) | 電池の製造方法および製造装置 | |
JP2003533861A (ja) | ハイブリッド型高分子電解質、それを含むリチウム二次電池及びこれらの製造方法 | |
JP2010244930A (ja) | ラミネート形電池の製造方法 | |
JP2010272239A (ja) | 全固体リチウム二次電池の製造方法、及び当該製造方法により得られる全固体リチウム二次電池 | |
JP2005063848A (ja) | 電池の製造方法および製造装置 | |
CN113056834A (zh) | 非水电解液二次电池用负极活性物质、负极、电池以及层叠体 | |
JP2000133216A (ja) | 非水電解質電池及びその製造方法 | |
JP2001176501A (ja) | 非水電解質電池の製造方法 | |
JP5087943B2 (ja) | 電池パック及びその製造方法 | |
JP6202630B2 (ja) | リチウムイオン電池の製造方法 | |
JP2007134149A (ja) | 非水電解質電池 | |
JP2003092146A (ja) | 非水電解質二次電池およびその製造方法 | |
JP2001176549A (ja) | 非水電解質電池 | |
JP2005093375A (ja) | 非水二次電池およびその製造方法 | |
JP2013235826A (ja) | 非水電解質二次電池の製造方法 |