JP2008041526A - Manufacturing method and device of lithium secondary cell - Google Patents

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和彦 梅園
Kazutaka Teramoto
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of lithium secondary battery in which the production lead time for a high temperature aging treatment can be shortened, and to provide a manufacturing device in which the manufacturing method can be realized faithfully. <P>SOLUTION: The lithium secondary battery 18, housed in an aging container 8, undergoes high-frequency heating, while being conveyed to reach a predetermined temperature T2 within a time range of few minutes to one hour, and the lithium battery at the predetermined temperature T2 is conveyed into the aging chamber 28 and kept as is for a predetermined number of days to carry out a high-temperature aging treatment. Cold wind is blown against the lithium secondary battery 18 after the high-temperature aging treatment, while it is removed from the ageing chamber 28 so as to lower the temperature to the room temperature T1 within the time range of one to two hours. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウム二次電池の製造過程におけるエージング工程を能率的に行えるように図った製造方法およびその製造方法を忠実に具現化するための製造装置に関するものである。   The present invention relates to a manufacturing method for efficiently performing an aging process in a manufacturing process of a lithium secondary battery, and a manufacturing apparatus for faithfully embodying the manufacturing method.

近年、AV機器あるいはパソコンや携帯型通信機器などの電子機器のポータブル化やコードレス化が急速に促進されており、これら電子機器やその他の電子機器の駆動用電源として、高エネルギ密度で負荷特性に優れた密閉型電池が要望されている。特に、リチウム二次電池は、エネルギ密度および出力電圧が高く、且つ貯蔵寿命が長く、しかも軽量化に優れるなどの種々の特長を有していることから、脚光を浴びている。   In recent years, portable and cordless electronic devices such as AV devices, personal computers, and portable communication devices have been rapidly promoted. As a driving power source for these electronic devices and other electronic devices, high energy density and load characteristics are achieved. There is a need for an excellent sealed battery. In particular, lithium secondary batteries are attracting attention because they have various features such as high energy density and output voltage, long storage life, and excellent weight reduction.

特に、駆動機器や電気自動車の駆動電源として用いられるリチウム二次電池には高率放電性能が要求されるが、このリチウム二次電池に用いられる非水電解質の抵抗が水溶液系電解質に比べて著しく大きいために、上述の高率放電性能を得るためには、極板群の構成要素である正極板および負極板を、それらの対向面積が増大する形状とする必要がある。そのため、リチウム二次電池では、水溶液系電池の極板に比べて極めて薄い帯状とすることにより長さを長く設定して対向面積の増大を図った極板を用いている。この極板は、一般に、極めて薄い帯状の金属箔からなる基材に活物質塗料を塗工して活物質層形成部を設けた構成になっている。   In particular, lithium secondary batteries used as driving power sources for driving devices and electric vehicles are required to have a high rate discharge performance, but the resistance of non-aqueous electrolytes used in these lithium secondary batteries is significantly higher than that of aqueous electrolytes. Therefore, in order to obtain the above-described high rate discharge performance, the positive electrode plate and the negative electrode plate, which are constituent elements of the electrode plate group, need to be shaped so that their opposing areas increase. Therefore, in the lithium secondary battery, an electrode plate is used in which the length is set to be long by increasing the opposing area by using a very thin band shape compared to the electrode plate of the aqueous battery. This electrode plate generally has a configuration in which an active material coating is applied to a substrate made of a very thin strip-shaped metal foil and an active material layer forming portion is provided.

上記リチウム二次電池は、組立工程を経て製造された電池に対してエージング処理および充放電検査などを行い、良品として認定された電池に対して、印字およびビニール製のチューブで被覆するチュービング処理を行って出荷している。上記エージング処理は、主として、電池ケース内に組み込まれた正、負極板を活性化させる目的で行われる。   The lithium secondary battery is subjected to aging treatment and charge / discharge inspection for the battery manufactured through the assembly process, and to the battery certified as a non-defective product, printed and covered with a tube made of vinyl. Have gone and shipped. The aging treatment is mainly performed for the purpose of activating the positive and negative electrode plates incorporated in the battery case.

従来のリチウム二次電池のエージング処理に関連する技術としては、高い充放電容量およびサイクル特性の安定化を目的として、充電前に開路電圧(OCV)および内部抵抗(IR)を測定して、その測定結果が良品の電池のみを充電し、所定時間充電した後に0.5t時間放置したのちに、開路電圧または内部抵抗の何れか一方を測定することが開示されている(例えば、特許文献1参照)。この技術は、充電後のエージング温度および放置時間の組み合わせを工夫した電池活性化のための製造プロセスに関するものである。   As a technology related to the aging process of the conventional lithium secondary battery, the open circuit voltage (OCV) and the internal resistance (IR) are measured before charging for the purpose of stabilizing high charge / discharge capacity and cycle characteristics. It is disclosed that only a battery with a good measurement result is charged, charged for a predetermined time and then left for 0.5 t, and then measured for either the open circuit voltage or the internal resistance (see, for example, Patent Document 1). ). This technology relates to a manufacturing process for activating a battery by devising a combination of an aging temperature after charging and a standing time.

また、従来のリチウム二次電池における他のエージング処理方法として、組立完了後の電池を60℃〜90℃の高温で所定時間エージング処理することにより、高温でのサイクル特性の安定化を図ることが提案されている(例えば、特許文献2参照)。また、特許文献2には、リチウムニッケル複合酸化物の混合割合を、リチウムニッケル複合酸化物とリチウムマンガン複合酸化物との合計を100wt%とした場合の20wt%以上50wt%以下に設定することにより、初期放電容量が大きなリチウム二次電池とすることも提案されている。   Further, as another aging treatment method in the conventional lithium secondary battery, the cycle characteristics at high temperature can be stabilized by subjecting the assembled battery to aging treatment at a high temperature of 60 ° C. to 90 ° C. for a predetermined time. It has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In Patent Document 2, the mixing ratio of the lithium nickel composite oxide is set to 20 wt% or more and 50 wt% or less when the total of the lithium nickel composite oxide and the lithium manganese composite oxide is 100 wt%. It has also been proposed to use a lithium secondary battery having a large initial discharge capacity.

上記特許文献1および特許文献2には、電池ケース内に組み込まれた正、負極板の初期活性化と活物質表面への保護膜形成による電圧安定化とを目的としたエージング処理に関する具体的な量産化プロセスについて殆ど開示されていない。このエージング処理は、組立工程を経た電池を樹脂容器に約100〜150セルずつ詰め込み、この樹脂容器を、所定個数ずつ搬送用パレット上に段積みした状態で、規定温度に加熱されたエージング室内に搬入する。これにより、図7に示すように、エージング室内に搬入された全ての電池の温度は、エージング室内の高温雰囲気の対流熱で加熱されて、常温T1(一般に20℃)から規定温度T2(一般に45℃〜60℃の範囲内に設定)まで昇温する。電池が規定温度T2まで昇温した時点から本来の目的である活物質を活性化させるための高温エージング工程が実施され、この高温エージング工程が終了した後、常温での放置または送風冷却手段により各電池の温度を常温T1まで低下させて、電池の電圧を測定するようにしている。   Patent Document 1 and Patent Document 2 specifically describe an aging process for the purpose of initial activation of positive and negative electrode plates incorporated in a battery case and voltage stabilization by forming a protective film on the surface of the active material. Little is disclosed about the mass production process. In this aging process, about 100 to 150 cells of the battery that has undergone the assembly process are packed in a resin container, and a predetermined number of the resin containers are stacked on a transfer pallet, and then placed in an aging chamber heated to a specified temperature. Carry in. As a result, as shown in FIG. 7, the temperature of all the batteries carried into the aging chamber is heated by the convection heat in the high temperature atmosphere in the aging chamber, so that the normal temperature T1 (generally 20 ° C.) to the specified temperature T2 (generally 45 The temperature is raised to a temperature within the range of from 60 ° C to 60 ° C. A high temperature aging process for activating the active material, which is the original purpose, is performed from the time when the battery is heated to the specified temperature T2, and after the high temperature aging process is completed, The battery temperature is lowered to room temperature T1, and the battery voltage is measured.

なお、アルカリ蓄電池の分野では、組立完了後の例えばニッケル水素蓄電池に充放電サイクルを少なくとも1サイクル施す際に、放置エージング前の放電を、0.2C以上の放電レートで電池の残存容量が全放電容量の20%以下に達するまで行う工程と、上記残存容量を有する電池を放置する放置エージングを施す工程を経る製造方法が知られている(例えば、特許文献3参照)。
特開平11−250929号公報 特開2002−25626号公報 特開平6−231799号公報
In the field of alkaline storage batteries, for example, when at least one charge / discharge cycle is performed on a nickel-metal hydride storage battery after completion of assembly, the discharge before standing aging is performed at a discharge rate of 0.2 C or higher, and the remaining capacity of the battery is fully discharged. There is known a manufacturing method that includes a step of performing until reaching 20% or less of the capacity and a step of performing aged aging to leave the battery having the remaining capacity (see, for example, Patent Document 3).
JP-A-11-250929 JP 2002-25626 A JP-A-6-231799

しかしながら、従来のリチウム二次電池のエージング処理プロセスを示す図7において、電池の温度が常温T1から規定温度T2まで常温させる加熱工程P1は、対流熱伝導による加熱があることから効率が良くない上に、樹脂容器の中央部の加熱され難い電池を含む全ての電池が規定温度T2まで昇温する状態まで待つ必要があることから、24時間もの比較的長い時間を要している。また、高温エージング工程P2が終了した各電池の温度を規定温度T2から常温T1まで低下させる冷却工程P3は、常温下に放置する自然冷却または常温下で送風する方式を採用しているため、効果的に冷却することができず、やはり24時間程度要している。このように、従来のリチウム二次電池のエージング処理では、本来の目的とする高温エージング工程P2が2〜6日要するのに加えて、エージング処理とは関係のない加熱工程P1および冷却工程P3にそれぞれ24時間程度要しているので、生産リードタイムが長くなってしまい、市場の要望納期に迅速に対応できない課題がある。   However, in FIG. 7 showing the aging process of the conventional lithium secondary battery, the heating step P1 for bringing the battery temperature from room temperature T1 to the specified temperature T2 is not efficient due to heating by convective heat conduction. In addition, since it is necessary to wait until all the batteries including the battery which is difficult to be heated at the center of the resin container are heated to the specified temperature T2, a relatively long time of 24 hours is required. In addition, the cooling process P3 for lowering the temperature of each battery after the high temperature aging process P2 from the specified temperature T2 to the room temperature T1 employs a natural cooling that is left at room temperature or a system that blows air at room temperature. It cannot be cooled automatically and still takes about 24 hours. As described above, in the conventional aging process of the lithium secondary battery, in addition to the originally intended high-temperature aging process P2 taking 2 to 6 days, the heating process P1 and the cooling process P3 which are not related to the aging process are performed. Since each takes about 24 hours, the production lead time becomes long, and there is a problem that it is not possible to quickly respond to the requested delivery date of the market.

これに対し、上記特許文献1に開示のエージング処理方法は電池の活性化のための製造プロセスに関するものであり、一方、特許文献2に開示のエージング処理方法は、高温エージング処理での活性化促進を図るものであり、何れにもエージング温度までの昇温やエージング温度から常温への冷却のための具体的手段の開示がないので、上記課題の解消を図るための参考にならない。一方、特許文献3は本発明とは対象が異なるアルカリ蓄電池におけるエージング処理方法であって、電池の活性化のための製造プロセスに関するものであり、やはり上記課題の解消を図るための参考にならない。   On the other hand, the aging treatment method disclosed in Patent Document 1 relates to a manufacturing process for battery activation, while the aging treatment method disclosed in Patent Document 2 promotes activation in high-temperature aging treatment. In any case, there is no disclosure of specific means for raising the temperature to the aging temperature or cooling from the aging temperature to the room temperature, so that it is not a reference for solving the above-mentioned problems. On the other hand, Patent Document 3 is an aging treatment method in an alkaline storage battery that is different from the present invention, and relates to a manufacturing process for activating the battery, and is also not a reference for solving the above problems.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、リチウム二次電池の高温エージング処理の生産リードタイムの短縮化を図ることができる製造方法およびその製造方法を忠実に具現化することができる製造装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and can faithfully embody a manufacturing method capable of shortening the production lead time of high-temperature aging treatment of a lithium secondary battery and the manufacturing method thereof. The object is to provide a manufacturing apparatus.

上記目的を達成するために、請求項1に係る発明のリチウム二次電池の製造方法は、エージング容器内に収容したリチウム二次電池を、搬送しながら高周波加熱することにより、数分ないし1時間の時間範囲内に規定温度まで昇温させ、前記規定温度の前記リチウム二次電池をエージング室内に搬入して所定日数の間放置することにより高温エージング処理を行い、前記高温エージング処理後の前記リチウム二次電池を、前記エージング室から搬出して搬送しながら、冷風を吹き付けることにより、1時間ないし2時間の時間範囲内に常温まで温度低下させるようにしたことを特徴としている。   In order to achieve the above object, a method for manufacturing a lithium secondary battery according to the first aspect of the present invention includes a lithium secondary battery accommodated in an aging container, which is heated for several minutes to 1 hour while being conveyed. The lithium secondary battery at the specified temperature is brought into the aging chamber and left for a predetermined number of days to perform a high temperature aging treatment, and the lithium after the high temperature aging treatment is The secondary battery is lowered to room temperature within a time range of 1 to 2 hours by blowing cold air while carrying it out of the aging chamber and carrying it.

請求項2に係る発明のリチウム二次電池の製造装置は、エージング容器内に収容されたリチウム二次電池を搬送する搬送手段と、この搬送手段の搬送路に設けられて搬送中の前記リチウム二次電池を上下から強制加熱するI・Hヒータとを有する急速加熱部と、前記急速加熱部から搬出された前記エージング容器が所定個数だけ段積み状態で搬入されるエージング室を有し、そのエージング室の内部が規定温度の雰囲気中に維持された高温エージング部と、前記エージング室内から搬出された前記エージング容器内に収容されているリチウム二次電池を搬送する搬送手段と、この搬送手段の搬送路に設けられて搬送中の前記リチウム二次電池に対し上方から下方に向け冷風を吹き付けて強制冷却する冷風チャンバーとを有する急速冷却部と、を備えていることを特徴としている。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for manufacturing a lithium secondary battery, comprising: a transport means for transporting a lithium secondary battery housed in an aging container; and the lithium secondary battery being transported provided in a transport path of the transport means. A rapid heating unit having I / H heaters forcibly heating the secondary battery from above and below, and an aging chamber into which a predetermined number of the aging containers carried out from the rapid heating unit are carried in a stacked state, and the aging A high-temperature aging portion in which the interior of the chamber is maintained in an atmosphere of a specified temperature, a transport means for transporting the lithium secondary battery accommodated in the aging container carried out of the aging chamber, and transport of the transport means A rapid cooling unit having a cold air chamber forcibly cooling the lithium secondary battery that is provided in a path by blowing cold air from above to below the lithium secondary battery being conveyed; It is characterized in that it comprises.

請求項3に係る発明は、請求項2の発明のリチウム二次電池の製造装置において、急速加熱部におけるI・Hヒータに対し搬送方向の後段側に、搬送中のエージング容器内の各リチウム二次電池に対し熱風を均等に吹き付ける補助加熱室が設けられ、急速冷却部の冷風チャンバーに、前記エージング容器の搬送路に対し直交方向に直線状に延びるスリット状の送風口を有する冷風ノズルが、前記エージング容器の搬送路に沿って一定間隔で設けられている。   According to a third aspect of the present invention, in the lithium secondary battery manufacturing apparatus according to the second aspect of the present invention, each lithium secondary battery in the aging container being transported is positioned downstream of the I / H heater in the rapid heating section in the transport direction. An auxiliary heating chamber for uniformly blowing hot air to the secondary battery is provided, and a cold air nozzle having a slit-like air outlet extending linearly in a direction orthogonal to the conveying path of the aging container is provided in the cold air chamber of the rapid cooling unit, It is provided at regular intervals along the conveying path of the aging container.

請求項1の発明では、高温エージング処理の開始に先立って、リチウム二次電池を高周波加熱により効果的に強制加熱しているので、従来において24時間要していた加熱工程を、数分ないし1時間の時間範囲内に大幅に短縮することができるとともに、高温エージング処理後のリチウム二次電池を冷風の吹き付けにより効果的に強制冷却しているので、従来において24時間要していた冷却工程を2時間以内に大幅に短縮することができ、高温エージング処理の生産リードタイムの短縮を従来の1.5倍〜2倍に格段の向上を図ることができ、市場の要望納期に迅速に対応することが可能となる。これに加えて、高温エージング処理中の各リチウム二次電池の温度差が極めて少ないので、電池性能上のばらつきの少ないリチウム二次電池を得ることができる。   In the invention of claim 1, since the lithium secondary battery is effectively forcibly heated by high-frequency heating prior to the start of the high-temperature aging treatment, the heating process that has conventionally required 24 hours is performed for several minutes to 1 The lithium secondary battery after high-temperature aging treatment can be effectively forced-cooled by blowing cold air while being able to be significantly shortened within the time range of time. It can be significantly shortened within 2 hours, and the production lead time of high-temperature aging treatment can be greatly improved by 1.5 to 2 times compared with the conventional method, and the required delivery time in the market can be quickly met. It becomes possible. In addition, since the temperature difference between the lithium secondary batteries during the high temperature aging treatment is extremely small, it is possible to obtain a lithium secondary battery with little variation in battery performance.

請求項2の発明では、高周波加熱の手段として最も効果的に強制加熱が可能なI・Hヒータと、リチウム二次電池に対し上方から下方に向け冷風を吹き付けて強制冷却できる冷風チャンバーと備えているので、本発明の製造方法を忠実に具現化して、製造方法の効果を確実に得ることができる。   The invention of claim 2 includes an I / H heater that can be most effectively forced-heated as a means for high-frequency heating, and a cold air chamber that can be forcibly cooled by blowing cold air from above to below the lithium secondary battery. Therefore, the manufacturing method of the present invention can be faithfully realized and the effects of the manufacturing method can be obtained with certainty.

請求項3の発明では、I・Hヒータで強制加熱された後のリチウム二次電池に生じた温度差を補助加熱室による加熱で無くすことができるとともに、冷風チャンバーの各冷風ノズル内に冷風を通過させることにより冷風を均等に分散させることができ、冷風チャンバーの下方であってエージング容器の搬送路の上方箇所に、空間全体がむらなく所定の低温に維持された冷却空間を形成することができる。   In the invention of claim 3, the temperature difference generated in the lithium secondary battery after being forcedly heated by the I / H heater can be eliminated by heating by the auxiliary heating chamber, and the cold air is supplied to each cold air nozzle of the cold air chamber. The cold air can be evenly dispersed by passing it, and a cooling space in which the entire space is uniformly maintained at a predetermined low temperature can be formed below the cold air chamber and above the conveyance path of the aging container. it can.

以下、本発明の最良の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施の形態に係るリチウム二次電池の製造方法を具現化した製造装置の全体の概略を示す構成図である。具体的には、リチウム二次電池の正、負極板の初期活性化と活物質表面への保護膜形成による電圧安定化とを目的としたエージング処理方法を具現化したエージング処理システムを示す構成図である。このエージング処理システムは、製造完成後の電池を急速加熱してエージング処理用の規定温度まで迅速に昇温させる急速加熱部1と、その規定温度まで昇温した電池に対し所定期間にわたり規定温度の高温雰囲気中にさらして所要のエージング処理を行う高温エージング部2と、この高温エージング工程が終了した電池の温度を強制的に冷却して迅速に常温まで低下させる急速冷却部3とを備えて構成されている。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing an overall outline of a manufacturing apparatus that embodies a method for manufacturing a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. Specifically, a configuration diagram showing an aging treatment system embodying an aging treatment method aimed at initial activation of positive and negative electrode plates of a lithium secondary battery and voltage stabilization by forming a protective film on the active material surface. It is. This aging treatment system includes a rapid heating unit 1 that rapidly heats a battery after production is completed and quickly raises the temperature to a specified temperature for aging treatment, and a battery that has been heated to the specified temperature. A high-temperature aging unit 2 that performs a required aging process by exposure to a high-temperature atmosphere, and a quick-cooling unit 3 that forcibly cools the temperature of the battery that has been subjected to the high-temperature aging process to quickly reduce the temperature to room temperature. Has been.

図2は上記急速加熱部1の内部構成を簡略的に示した概略断面図である。急速加熱部1は、電池(図示せず)をダイレクトに加熱するI・H加熱室4と、これの後段に配置された補助加熱室7とが設けられ、電池が後述するように収容された樹脂製のエージング容器8が、回送駆動される搬送チェーンコンベア9上に載置された状態で、上記I・H加熱室4および補助加熱室7の内部を順次通過される。搬送チェーンコンベア9は、駆動ローラ10と複数(この実施の形態において4つ)の主ガイドローラ11とに巻き掛けられて、駆動ローラ10の駆動制御により、定速走行を間欠的に繰り返すようになっている。上記I・H加熱室4内には、高周波加熱装置の一種であるI・Hヒータ12,13が、上下一対として二組がエージング容器8の搬送経路に沿ってこれの上下箇所にそれぞれ設けられている。実際には、上下一対のI・Hヒータ12,13がループ状に連結されている。   FIG. 2 is a schematic sectional view schematically showing the internal configuration of the rapid heating unit 1. The rapid heating unit 1 is provided with an I / H heating chamber 4 for directly heating a battery (not shown) and an auxiliary heating chamber 7 disposed in the subsequent stage, and the battery is accommodated as described later. The resin aging container 8 is sequentially passed through the I / H heating chamber 4 and the auxiliary heating chamber 7 in a state where the resin aging container 8 is placed on the conveyance chain conveyor 9 that is driven to rotate. The transport chain conveyor 9 is wound around a driving roller 10 and a plurality of (four in this embodiment) main guide rollers 11 so that constant speed running is intermittently repeated by driving control of the driving roller 10. It has become. In the I / H heating chamber 4, two sets of I / H heaters 12 and 13, which are a kind of high-frequency heating device, are provided at upper and lower locations along the conveying path of the aging container 8. ing. In practice, a pair of upper and lower I / H heaters 12 and 13 are connected in a loop.

図3は上記I・H加熱室4の内部構造を簡略的に示す概略断面図であり、同図には、図示の便宜上、搬送チェーンコンベア9などの図示を省略してある。上述の上部および下部のI・Hヒータ12,13は、駆動電源14からの給電により駆動する高周波発信器17から高周波電流が流されることにより、エージング容器8内に収容されたリチウム二次電池18をダイレクトに加熱する。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically showing the internal structure of the I / H heating chamber 4. In FIG. 3, for convenience of illustration, the illustration of the transport chain conveyor 9 and the like is omitted. The above-described upper and lower I / H heaters 12 and 13 are supplied with a high-frequency current from a high-frequency transmitter 17 driven by power supplied from a drive power supply 14, thereby allowing the lithium secondary battery 18 accommodated in the aging vessel 8 to be accommodated. Heat directly.

また、エージング容器8は、リチウム二次電池18を立てた配置で収容して保持できる電池ホルダ部19を100〜150個有している。この各電池ホルダ部19の底面には開口部20が設けられているとともに、隣接する各2つの電池ホルダ部19の各間には、開口部20から入った熱風を滞留させる加熱用空間21が設けられている。   Moreover, the aging container 8 has 100 to 150 battery holder portions 19 that can accommodate and hold the lithium secondary battery 18 in an upright arrangement. An opening 20 is provided on the bottom surface of each battery holder 19, and a heating space 21 for retaining hot air entering from the opening 20 is provided between each two adjacent battery holders 19. Is provided.

上記I・Hヒータ12,13は、強制的に加熱して加熱対象物を急激に昇温させることが可能な加熱手段であって、高周波発信器17に対するP(比例要素)・I(積分要素)・D(微分要素)制御により、温度制御を高精度に行えるものである。この実施の形態における加熱対象物は、エージング容器8内にそれぞれ100〜150セルずつ収容されたリチウム二次電池18であるが、この各リチウム二次電池18の全てをI・Hヒータ12,13により高温エージング処理に必要な規定温度である45℃〜60℃まで昇温させるように要する時間は約5分程度である。   The I / H heaters 12 and 13 are heating means capable of forcibly heating and rapidly raising the temperature of the object to be heated, and include P (proportional element) / I (integral element) for the high-frequency transmitter 17. ) · D (differential element) control enables temperature control to be performed with high accuracy. The object to be heated in this embodiment is a lithium secondary battery 18 accommodated in 100 to 150 cells in the aging container 8, and all the lithium secondary batteries 18 are connected to the I / H heaters 12 and 13. Therefore, the time required to raise the temperature to 45 ° C. to 60 ° C., which is the specified temperature necessary for the high temperature aging treatment, is about 5 minutes.

上記I・H加熱室4で規定温度まで急激に昇温するように強制加熱されたリチウム二次電池18のうちのエージング容器8の中央部に位置するリチウム二次電池18は、昇温が遅くなりがちであり、各リチウム二次電池18間にどうしても1〜2℃程度の僅かな温度差が存在する。そこで、図3に示すように、急速加熱工程におけるI・H加熱室4の後段の補助加熱室7は、I・H加熱室4で強制加熱後の上記リチウム二次電池18に生じた温度差を無くす目的で加熱するために設置されたものであり、熱風発生器22から送風ダクト23を通じて補助加熱室7の上部に送られた熱風が、スリット状の多数の送風ノズル24を通過することにより、搬送チェーンコンベア9により搬送されるエージング容器8内の各リチウム二次電池18に対し均等に吹き付けられる。このリチウム二次電池18を加熱後の温風は、帰還ダクト27を介し熱風発生器22に戻されて再加熱され熱風とされて補助加熱室7に供給するように循環される。   The lithium secondary battery 18 located at the center of the aging vessel 8 among the lithium secondary batteries 18 that are forcibly heated so as to rapidly increase the temperature to the specified temperature in the I / H heating chamber 4 has a slow temperature increase. There is a tendency for a slight temperature difference of about 1 to 2 ° C. between the lithium secondary batteries 18. Therefore, as shown in FIG. 3, the auxiliary heating chamber 7 subsequent to the I / H heating chamber 4 in the rapid heating process has a temperature difference generated in the lithium secondary battery 18 after forced heating in the I / H heating chamber 4. The hot air sent from the hot air generator 22 to the upper part of the auxiliary heating chamber 7 through the air duct 23 passes through a large number of slit-like air nozzles 24. The lithium secondary batteries 18 in the aging container 8 transported by the transport chain conveyor 9 are evenly sprayed. The hot air after heating the lithium secondary battery 18 is returned to the hot air generator 22 through the return duct 27, reheated and turned into hot air, and circulated so as to be supplied to the auxiliary heating chamber 7.

上記急速加熱工程で規定温度まで昇温されたリチウム二次電池18が収容されているエージング容器8は、図1に示すように、作業員Hによる手作業により、所定個数ずつ段積みした状態で、高温エージング部2のエージング室28内に入れられる。なお、エージング容器8のエージング室28内への搬入は、上述の手作業のみに限らず、急速加熱工程1と高温エージング工程とを連結する、例えばコンベアなどの搬送手段により行うことも可能である。エージング室28は常に規定温度の雰囲気に保たれた恒温室になっており、このエージング室28内に入れられたエージング容器8内のリチウム二次電池18は、所要のエージング処理を行うのに必要な日数、例えば2日〜6日の間放置される。   As shown in FIG. 1, the aging container 8 in which the lithium secondary battery 18 that has been heated to the specified temperature in the rapid heating process is housed in a state of being stacked in a predetermined number by a manual operation by an operator H. Into the aging chamber 28 of the high temperature aging unit 2. In addition, the carrying-in of the aging container 8 into the aging chamber 28 is not limited to the above-described manual operation, but can be performed by a conveying means such as a conveyor that connects the rapid heating process 1 and the high temperature aging process. . The aging chamber 28 is a temperature-controlled room always maintained in an atmosphere of a specified temperature, and the lithium secondary battery 18 in the aging container 8 placed in the aging chamber 28 is necessary for performing a required aging process. Left for a number of days, for example 2-6 days.

上記エージング室28内に所要日数だけ入れられて高温エージング処理が完了すれば、作業員Hの手作業により、エージング室28から取り出されたエージング容器8が急速冷却部3内に搬入される。図4は急速冷却部3の内部構成を簡略的に示した概略断面図である。この急速冷却部3は、駆動装置29により回転制御される駆動ロール30の回転により回送される搬送チェーンコンベア31が設けられており、図1に示す作業員Hによって1箱ずつ搬入されたエージング容器8を所定の搬送路に沿って搬送するようになっている。なお、エージング容器8の急速冷却部3内への搬入は、上述の手作業のみに限らず、エージング室28と急速冷却部3とを連結する、例えばコンベアなどの搬送装置により行うことも可能である。   If the high-temperature aging process is completed after the required number of days are placed in the aging chamber 28, the aging container 8 taken out from the aging chamber 28 is carried into the rapid cooling unit 3 by the manual operation of the worker H. FIG. 4 is a schematic sectional view schematically showing the internal configuration of the rapid cooling section 3. The rapid cooling section 3 is provided with a transport chain conveyor 31 that is rotated by rotation of a drive roll 30 that is rotationally controlled by a drive device 29, and an aging container carried in one box by a worker H shown in FIG. 8 is conveyed along a predetermined conveyance path. Note that the carrying of the aging container 8 into the rapid cooling unit 3 is not limited to the above-described manual operation, but can be performed by a transport device such as a conveyor that connects the aging chamber 28 and the rapid cooling unit 3. is there.

上記急速冷却部3の内部には、同一構成の3つの冷風チャンバー室32が搬送チェーンコンベア31によって設けられた搬送路に沿って設置されている。このように冷風チャンバー室32を3つ設けているのは、電池サイズの相違に対応して温度条件を可変設定できるようにするためである。これらの冷風チャンバー室32内には、これらに個々に対応して設けられた3つの冷風機33の駆動により生成された冷風が冷風ダクト34を通じて供給される。これにより、各冷風チャンバー室32の内部は常に0℃〜5℃の温度に維持され、冷風チャンバー室32内でリチウム二次電池18を冷却して温かくなった風は、帰還ダクト37を通じて対応する冷風機33に戻されて、再び冷風とされて冷風チャンバー室32内に供給されるように循環する。   Inside the rapid cooling unit 3, three cold air chamber chambers 32 having the same configuration are installed along a conveyance path provided by the conveyance chain conveyor 31. The reason why the three cold air chambers 32 are provided in this way is to allow the temperature condition to be variably set in accordance with the difference in battery size. In the cold air chamber chambers 32, cold air generated by driving three cold air fans 33 provided individually corresponding thereto is supplied through the cold air duct 34. As a result, the inside of each cold air chamber chamber 32 is always maintained at a temperature of 0 ° C. to 5 ° C., and the wind that is warmed by cooling the lithium secondary battery 18 in the cold air chamber chamber 32 corresponds through the feedback duct 37. The air is returned to the cold air machine 33, and is circulated so as to be cooled again and supplied into the cold air chamber chamber 32.

上記各冷風チャンバー室32内には、図5に示すような冷風チャンバー38が配置されている。この冷風チャンバー38には、エージング容器8の搬送路に対し直交方向に向け直線状に延びるスリット状の送風口39aを有する冷風ノズル39が、エージング容器8の搬送路に沿って一定間隔で設けられている。したがって、冷風機33から冷風チャンバー室32内に供給された冷風は、冷風チャンバー38の各冷風ノズル39内を通過することにより均等に分散されるので、冷風チャンバー38の下方であってエージング容器8の搬送路の上方箇所には、図4に示すような空間全体がむらなく0℃〜5℃の低温に維持された冷却空間40が形成されている。   A cold air chamber 38 as shown in FIG. 5 is arranged in each of the cold air chamber chambers 32. In the cold air chamber 38, cold air nozzles 39 having slit-like air blowing ports 39 a extending linearly in a direction orthogonal to the conveyance path of the aging container 8 are provided at regular intervals along the conveyance path of the aging container 8. ing. Accordingly, the cold air supplied from the cold air fan 33 into the cold air chamber chamber 32 is evenly dispersed by passing through the cold air nozzles 39 of the cold air chamber 38, so that it is below the cold air chamber 38 and in the aging container 8. A cooling space 40 in which the entire space as shown in FIG. 4 is uniformly maintained at a low temperature of 0 ° C. to 5 ° C. is formed at an upper portion of the conveyance path.

つぎに、上記エージング処理システムによるリチウム二次電池18の高温エージング処理について説明する。高温エージング処理を行うに際しては、100〜150セルのリチウム二次電池18が収容されたエージング容器8が、図2の搬送チェーンコンベア9上に順次載置されることにより連続的に移送されて、I・H加熱室4および補助加熱室7の各内部を順次通過する。I・H加熱室4を通過する際には、各リチウム二次電池18が、上下二組のI・Hヒータ12,13によってダイレクトに強制加熱されることにより、急激に昇温される。すなわち、図6において、エージング容器8がt0 時に急速加熱部1に搬入された場合、I・H加熱室4内に進入した時点から約5分間の時間経過後に常温T1から規定温度T2まで瞬時に昇温される。 Next, the high temperature aging process of the lithium secondary battery 18 by the aging process system will be described. When performing the high temperature aging treatment, the aging container 8 in which 100 to 150 cells of the lithium secondary battery 18 is housed is sequentially transferred by being sequentially placed on the transport chain conveyor 9 of FIG. The inside of the I / H heating chamber 4 and the auxiliary heating chamber 7 is sequentially passed. When passing through the I / H heating chamber 4, each lithium secondary battery 18 is heated for abruptly by being forcibly heated directly by the two upper and lower I / H heaters 12 and 13. That is, in FIG. 6, when the aging container 8 is carried into the rapid heating unit 1 at t 0, it is instantaneous from the normal temperature T1 to the specified temperature T2 after about 5 minutes from the time when the aging container 8 enters the I / H heating chamber 4. The temperature is increased.

したがって、上記急速加熱部1では、エージング容器8がI・H加熱室4および補助加熱室7の各内部を約5分で通過するように搬送チェーンコンベア9の回送速度が設定されており、急速加熱部1内に搬入されたエージング容器8はその時点から約5分の時間経過後に作業員Hによって高温エージング部2のエージング室28内に挿入されて、高温エージング処理が開始される。換言すれば、このエージング処理システムでは、図6のt0 時に高温エージング処理の開始の準備をした場合に、殆ど待ち時間無しにその高温エージング処理を開始することができると言えるので、従来の高温エージング処理における図7の加熱工程P1に要していた約24時間の処理時間が格段の時間の短縮となる。なお、急速加熱部1における強制加熱手段として用いたI・Hヒータ12,13は、温度異常などの設備トラブルの発生時に電源をOFFすることで温度上昇が即時に抑制されることから、他のヒータに比べて特に安全性に優れているからである。I・Hヒータ12,13以外のヒータでは電源をOFFした場合にも残る余熱により温度上昇を即時に止めることが困難である。 Accordingly, in the rapid heating section 1, the speed of the transport chain conveyor 9 is set so that the aging container 8 passes through the interiors of the I / H heating chamber 4 and the auxiliary heating chamber 7 in about 5 minutes. The aging container 8 carried into the heating unit 1 is inserted into the aging chamber 28 of the high temperature aging unit 2 by the worker H after a lapse of about 5 minutes from that time, and the high temperature aging process is started. In other words, in this aging processing system, when preparing to start the high temperature aging process at t 0 in FIG. 6, it can be said that the high temperature aging process can be started with almost no waiting time. The processing time of about 24 hours required for the heating process P1 of FIG. Note that the I / H heaters 12 and 13 used as the forced heating means in the rapid heating unit 1 are immediately suppressed from being heated by turning off the power supply when an equipment trouble such as a temperature abnormality occurs. This is because it is particularly safer than the heater. With heaters other than the I / H heaters 12 and 13, it is difficult to immediately stop the temperature rise due to the remaining heat even when the power is turned off.

高温エージング部2にあるエージング室28内の規定温度T2の雰囲気中に2日〜6日放置されて高温エージング処理工程P2が完了したリチウム二次電池18は、エージング容器8に収容された状態のまま急速冷却部3の搬送チェーンコンベア31上に移載されて、3つの冷風チャンバー室32内を順次通過される。冷風チャンバー室32内を通過するリチウム二次電池18には、1℃〜10℃の低温に維持された冷風が、リチウム二次電池18の上方から下方に向けて5m/分〜10m/分の風速で吹き付けられる。これにより、図6に示すように、規定温度T2の各リチウム二次電池18は、t1 時に急速冷却部3内に搬入された場合、この時点から約1〜2時間の経過後のt2 時に常温まで温度低下するように急速に冷却される。すなわち、図7の従来の高温エージング処理では冷却工程P3に24時間要していたのに対し、上記実施の形態では冷却工程P3が僅かに約1〜2時間で終了する。 The lithium secondary battery 18 which has been left in the atmosphere of the specified temperature T2 in the aging chamber 28 in the high temperature aging part 2 for 2 to 6 days and completed the high temperature aging treatment step P2 is in a state of being accommodated in the aging container 8. As it is, it is transferred onto the transport chain conveyor 31 of the rapid cooling section 3 and sequentially passes through the three cold air chamber chambers 32. In the lithium secondary battery 18 passing through the cold air chamber 32, cold air maintained at a low temperature of 1 ° C. to 10 ° C. is 5 m / min to 10 m / min from the upper side to the lower side of the lithium secondary battery 18. Sprayed at wind speed. Thus, as shown in FIG. 6, each of the lithium secondary battery 18 of the predetermined temperature T2, when carried into the t 1 at the rapid cooling section 3, t after elapse from the time of about 1-2 hours 2 It is cooled rapidly so that it sometimes drops to room temperature. That is, in the conventional high-temperature aging process of FIG. 7, the cooling process P3 takes 24 hours, whereas in the above embodiment, the cooling process P3 is completed in only about 1-2 hours.

従来の高温エージング処理では、エージング容器8を所定個数だけ段積みした状態でエージング室内に搬入して加熱工程P1および高温エージング工程P2を実施しており、各リチウム二次電池は、段積み状態のエージング容器8内に収容されて加熱され難い状態になっていることにも起因して、加熱工程P1に24時間もの長い時間を要していた。これに対し、上記実施の形態では、各エージング容器8を1箱ずつ搬送するようにして加熱効率の向上を図ったことも相まって、約5分で規定温度T2まで昇温させることが可能になっている。   In the conventional high-temperature aging treatment, a predetermined number of aging containers 8 are stacked and carried into the aging chamber and the heating process P1 and the high-temperature aging process P2 are performed. Each lithium secondary battery is in a stacked state. Due to the fact that it is contained in the aging container 8 and is not easily heated, the heating process P1 takes a long time of 24 hours. On the other hand, in the above embodiment, it is possible to raise the temperature to the specified temperature T2 in about 5 minutes, coupled with the improvement of heating efficiency by conveying each aging container 8 one box at a time. ing.

上述したように、上記実施の形態のエージング処理システムは、従来において24時間要していた加熱工程P1を約5分に大幅に短縮することができるとともに、従来においてやはり24時間要していた冷却工程P3を1〜2時間に大幅に短縮することができるので、この高温エージング処理を生産リードタイムの短縮に伴いリチウム二次電池18の当該高温エージングの処理能力が従来の1.5倍〜2倍に格段に向上し、市場の要望納期に迅速に対応することが可能となる。これに加えて、高温エージング処理中の各リチウム二次電池18の温度差が極めて少ないので、電池性能上のばらつきの少ないリチウム二次電池を得ることができる。   As described above, the aging treatment system of the above-described embodiment can significantly shorten the heating process P1 that conventionally required 24 hours to about 5 minutes and the cooling that conventionally required 24 hours. Since the process P3 can be significantly shortened to 1 to 2 hours, the high temperature aging treatment capability of the lithium secondary battery 18 is reduced to 1.5 to 2 times that of the prior art as the production lead time is shortened. It is possible to respond rapidly to the requested delivery date of the market. In addition, since the temperature difference between the lithium secondary batteries 18 during the high-temperature aging treatment is extremely small, a lithium secondary battery with little variation in battery performance can be obtained.

この発明に係るリチウム二次電池の製造方法によれば、高温エージング処理の開始に先立って、リチウム二次電池を高周波加熱により効果的に強制加熱しているので、従来において24時間要していた加熱工程を、数分ないし1時間の時間範囲内に大幅に短縮することができるとともに、高温エージング処理後のリチウム二次電池を冷風の吹き付けにより効果的に強制冷却しているので、従来において24時間要していた冷却工程を2時間以内に大幅に短縮することができるので、高温エージングの処理能力が従来の1.5倍〜2倍に格段に向上することから、リチウム二次電池の生産性の格段の向上を図ることができる。また、本発明のリチウム二次電池の製造装置は、高周波加熱の手段として最も効果的に強制加熱が可能なI・Hヒータと、リチウム二次電池に対し上方から下方に向け冷風を吹き付けて強制冷却できる冷風チャンバーとを備えているので、本発明の製造方法を忠実に具現化して、製造方法の効果を確実に得ることができる。   According to the method for manufacturing a lithium secondary battery according to the present invention, since the lithium secondary battery is effectively forcibly heated by high-frequency heating prior to the start of the high-temperature aging treatment, it conventionally takes 24 hours. The heating process can be significantly shortened within a time range of several minutes to 1 hour, and the lithium secondary battery after the high temperature aging treatment is effectively forcedly cooled by blowing cold air. Since the cooling process, which took time, can be significantly shortened within 2 hours, the processing capacity for high-temperature aging is dramatically improved to 1.5 to 2 times that of conventional products. The improvement of sex can be greatly improved. In addition, the lithium secondary battery manufacturing apparatus of the present invention includes an I / H heater that can perform forced heating most effectively as a means of high-frequency heating, and forcedly blows cold air from above to the lithium secondary battery. Since the cool air chamber which can be cooled is provided, the manufacturing method of the present invention can be faithfully realized, and the effect of the manufacturing method can be obtained with certainty.

本発明の一実施の形態に係るリチウム二次電池の製造方法を具現化した製造装置の全体の概略を示す構成図The block diagram which shows the outline of the whole manufacturing apparatus which actualized the manufacturing method of the lithium secondary battery which concerns on one embodiment of this invention. 同上の製造装置における急速加熱部の内部構成を簡略的に示した断面概略図Schematic cross section schematically showing the internal structure of the rapid heating unit in the manufacturing apparatus 同上の急速加熱部におけるI・H加熱室の内部構造を簡略的に示す概略断面図Schematic cross-sectional view schematically showing the internal structure of the I / H heating chamber in the rapid heating section 同上の製造装置における急速冷却部の内部構成を簡略的に示した概略断面図Schematic cross-sectional view schematically showing the internal configuration of the rapid cooling section in the manufacturing apparatus 同上の急速冷却部における冷風チャンバー室の要部構成を示す斜視図The perspective view which shows the principal part structure of the cold air chamber room in the rapid cooling part same as the above. 同上の製造装置による高温エージング処理時のリチウム二次電池の温度変化を示す特性図Characteristic diagram showing temperature change of lithium secondary battery during high temperature aging treatment by the same manufacturing equipment 従来の製造装置による高温エージング処理時のリチウム二次電池の温度変化を示す特性図Characteristic diagram showing temperature change of lithium secondary battery during high temperature aging treatment by conventional manufacturing equipment

符号の説明Explanation of symbols

1 急速加熱部
2 高温エージング部
3 急速冷却部
7 補助加熱室
8 エージング容器
9 搬送チェーンコンベア(搬送手段)
12,13 I・Hヒータ
18 リチウム二次電池
28 エージング室
31 搬送チェーンコンベア(搬送手段)
38 冷風チャンバー
39 冷風ノズル
39a 送風口
T1 常温
T2 規定温度
1 Rapid heating section
2 High temperature aging part
3 Rapid cooling section
7 Auxiliary heating chamber
8 Aging containers
9 Transport chain conveyor (transport means)
12, 13 I / H heater 18 Lithium secondary battery 28 Aging chamber 31 Conveying chain conveyor (conveying means)
38 Cold air chamber 39 Cold air nozzle 39a Air outlet T1 Normal temperature T2 Specified temperature

Claims (3)

エージング容器内に収容したリチウム二次電池を、搬送しながら高周波加熱することにより、数分ないし1時間の時間範囲内に規定温度まで昇温させ、
前記規定温度の前記リチウム二次電池をエージング室内に搬入して所定日数の間放置することにより高温エージング処理を行い、
前記高温エージング処理後の前記リチウム二次電池を、前記エージング室から搬出して搬送しながら、冷風を吹き付けることにより、1時間ないし2時間の時間範囲内に常温まで温度低下させるようにしたことを特徴とするリチウム二次電池の製造方法。
The lithium secondary battery accommodated in the aging container is heated to a specified temperature within a time range of several minutes to 1 hour by high-frequency heating while being conveyed,
High temperature aging treatment is performed by bringing the lithium secondary battery of the specified temperature into the aging chamber and leaving it for a predetermined number of days,
The lithium secondary battery after the high-temperature aging treatment is lowered to room temperature within a time range of 1 to 2 hours by blowing cold air while being carried out of the aging chamber. A method for producing a lithium secondary battery.
エージング容器内に収容されたリチウム二次電池を搬送する搬送手段と、この搬送手段の搬送路に設けられて搬送中の前記リチウム二次電池を上下から強制加熱するI・Hヒータとを有する急速加熱部と、
前記急速加熱部から搬出された前記エージング容器が所定個数だけ段積み状態で搬入されるエージング室を有し、そのエージング室の内部が規定温度の雰囲気中に維持された高温エージング部と、
前記エージング室内から搬出された前記エージング容器内に収容されているリチウム二次電池を搬送する搬送手段と、この搬送手段の搬送路に設けられて搬送中の前記リチウム二次電池に対し上方から下方に向け冷風を吹き付けて強制冷却する冷風チャンバーとを有する急速冷却部と、
を備えていることを特徴とするリチウム二次電池の製造装置。
A rapid means having transport means for transporting a lithium secondary battery housed in an aging container, and an I / H heater provided in a transport path of the transport means for forcibly heating the lithium secondary battery being transported from above and below. A heating unit;
A high-temperature aging unit having an aging chamber in which a predetermined number of the aging containers carried out from the rapid heating unit are carried in a stacked state, and the inside of the aging chamber being maintained in an atmosphere at a specified temperature;
A transport means for transporting the lithium secondary battery accommodated in the aging container carried out from the aging chamber, and a lower side from above with respect to the lithium secondary battery that is provided in the transport path of the transport means and is being transported A rapid cooling section having a cold air chamber forcibly cooling by blowing cold air toward the
An apparatus for producing a lithium secondary battery, comprising:
急速加熱部におけるI・Hヒータに対し搬送方向の後段側に、搬送中のエージング容器内の各リチウム二次電池に対し熱風を均等に吹き付ける補助加熱室が設けられ、
急速冷却部の冷風チャンバーに、前記エージング容器の搬送路に対し直交方向に直線状に延びるスリット状の送風口を有する冷風ノズルが、前記エージング容器の搬送路に沿って一定間隔で設けられている請求項2に記載のリチウム二次電池の製造装置。
An auxiliary heating chamber for uniformly blowing hot air to each lithium secondary battery in the aging container being transported is provided on the rear side in the transport direction with respect to the I / H heater in the rapid heating section,
Cold air nozzles having slit-like air outlets that extend linearly in a direction orthogonal to the conveyance path of the aging container are provided in the cold air chamber of the rapid cooling section at regular intervals along the conveyance path of the aging container. The lithium secondary battery manufacturing apparatus according to claim 2.
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