JP2018156886A

JP2018156886A - スタック電池の製造方法

Info

Publication number: JP2018156886A
Application number: JP2017054265A
Authority: JP
Inventors: 乾井上; Ken Inoue; 肇恒川; Hajime Tsunekawa
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2018-10-04

Abstract

【課題】極群への電解液の浸透に要する時間を短縮することができるスタック電池の製造方法を提供する。【解決手段】スタック電池の製造方法は、セパレータを介して正極板と負極板とが交互に積層された極群と、正極板と負極板との間に含浸し、正極板と負極板との間で電気化学反応を可能にする電解液と、を備えるスタック電池の製造方法であって、セパレータに電解液を含浸させる電解液含浸工程と、電解液含浸工程にてセパレータに含浸された電解液を凍結させる電解液凍結工程と、電解液凍結工程にて電解液が凍結されたセパレータを介して正極板と負極板とを交互に積層させる極群組立工程と、極群組立工程の後に、電解液凍結工程にて凍結された電解液を解凍させる電解液解凍工程と、を含む。【選択図】図２

Description

本開示は、スタック電池の製造方法に関する。

スタック電池の製造では、セパレータを介して正極板と負極板とが交互に積層された極群の隙間が狭いために、極群への電解液の浸透に時間を要することが知られている。
特許文献１には、密閉型電池の電槽に極群を挿入した後、この電槽に密閉蓋をし、真空ポンプによって電槽内を減圧した後、電解液を注入する電解液真空注液方法が開示されている。かかる電解液真空注液方法では、減圧状態の電槽に微小振動を加えるとともに、周期的に衝撃を加えながら電解液を注入することとしている。

特開平５−１９０１６８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された電解液真空注液法によっても、極群への電解液の浸透に時間を要する。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、極群への電解液の浸透に要する時間を短縮することができるスタック電池の製造方法を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るスタック電池の製造方法は、セパレータを介して正極板と負極板とが交互に積層された極群と、前記正極板と前記負極板との間に含浸し、前記正極板と前記負極板との間で電気化学反応を可能にする電解液と、を備えるスタック電池の製造方法であって、前記セパレータに前記電解液を含浸させる電解液含浸工程と、前記電解液含浸工程にて前記セパレータに含浸された前記電解液を凍結させる電解液凍結工程と、前記電解液凍結工程にて前記電解液が凍結された前記セパレータを介して前記正極板と前記負極板とを交互に積層させる極群組立工程と、前記極群組立工程の後に、前記電解液凍結工程にて凍結された前記電解液を解凍させる電解液解凍工程と、を含む。

上記（１）の方法によれば、セパレータに電解液を含浸させた後、セパレータに含浸された電解液を凍結させる。そして、セパレータを介して正極板と負極板とを交互に積層させた後、電解液を解凍させるので、極群への電解液の浸透に要する時間を短縮することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、前記電解液含浸工程は、前記正極板又は前記負極板の少なくとも一方に前記電解液を含浸させる含浸工程を含み、前記電解液凍結工程は、前記含浸工程にて前記正極板又は前記負極板の少なくとも一方に含浸された前記電解液を凍結させる凍結工程を含む。
上記（２）の方法によれば、正極板又は負極板の少なくとも一方に電解液を含浸させた後、正極板又は負極板の少なくとも一方に含浸された電解液を凍結させるので、極群への電解液の浸透に要する時間をさらに短縮することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の方法において、前記電解液解凍工程は、前記電解液を加熱する加熱工程を含む。
上記（３）の方法によれば、電解液を加熱するので、電解液の解凍に要する時間を短縮することができる結果、極群への電解液の浸透に要する時間をさらに短縮することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）から（３）の何れか一つの方法において、前記正極板と前記負極板との間に前記電解液を注入する電解液注入工程をさらに含む。
上記（４）の方法によれば、正極板と負極板との間に電解液を注入するので、極群に電解液を十分に浸透させることができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、極群への電解液の浸透に要する時間を短縮することができる。

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構成を概略的に示す模式図である。本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法を概略的に示す図である。本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法を概略的に示す図である。本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法を概略的に示す図である。本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法を概略的に示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
ここでは、スタック電池の一例としてリチウムイオン二次電池を例に説明するが、スタック電池は、リチウムイオン二次電池に限られるものではなく、例えば、ニッケル水素電池も含まれる。

図１は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池１の構成を概略的に示す模式図である。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池１は、極群２と電解液３とを備える。極群２は、正極板２１及び負極板２２とセパレータ２３とで構成され、正極板２１及び負極板２２は、セパレータ２３を介して交互に積層されている。

正極板２１は、リチウム遷移酸化物（例えば、ＬｉＣｏＯ_２）で構成される。正極板２１は、例えば、電極スラリーの作製工程、集電体（例えば、アルミ箔）への塗工工程、乾燥工程、プレス工程及びスリット／カット工程を経て作製される。

負極板２２は、例えば、グラファイト（Ｃ）で構成される。負極板２２は、正極板２１と同様に、例えば、電極スラリーの作製工程、集電体（例えば、銅箔）への塗工工程、乾燥工程、プレス工程及びスリット／カット工程を経て作製される。

セパレータ２３は、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィンで構成される。セパレータ２３には、リチウムイオンの自由な移動を可能にする微細な穴（図示せず）が設けられている。微細な穴は、セパレータ２３の溶解によって閉じるように構成されている。これにより、正極板２１と負極板２２との間に微細な短絡が生じ、その部分の温度が上昇した場合に、セパレータ２３の溶解によって微細な穴が閉じ、電流を遮断する（シャットダウン機能）。
尚、セパレータ２３は、片面又は両面にセラミック等のコート層を有していてもよい。

電解液３は、有機電解液で構成される。有機電解液は、電解質と電解質を溶かす溶媒とで構成されている。電解質は、例えば、リチウム塩で構成される。電解質として用いられるリチウム塩は、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＴＦＳＩ、ＬｉＦＳＩ又はＬｉＢＯＢである。

溶媒は、例えば、有機溶媒で構成される。溶媒として用いられる有機溶媒は、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）又はアセトにトリル（ＡＮ）である。

図２から図５は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池１の製造方法を概略的に示す図である。
図２から図５に示すように、本発明の幾つかの実施形態に係るリチウムイオン二次電池１の製造方法は、電解液含浸工程（ステップＳ１）、電解液凍結工程（ステップＳ２）、極群組立工程（ステップＳ３）及び電解液解凍工程（ステップＳ４）を含む。

電解液含浸工程（ステップＳ１）は、セパレータ２３に電解液３を含浸させる工程である。電解液含浸工程（ステップＳ１）では、バット等の容器Ｖに電解液３を入れておき、そこにセパレータ２３を沈めることにより、セパレータ２３に電解液３を含浸させる。

電解液凍結工程（ステップＳ２）は、電解液含浸工程にてセパレータ２３に含浸された電解液３を凍結させる工程である。電解液３を凍結させる温度は、電解液３（溶媒）の融点に基づいて決定される。例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）の融点は摂氏３７度、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）の融点は摂氏４度、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の融点は摂氏−４３度、プロピレンカーボネート（ＰＣ）の融点は摂氏−５５度であり、電解液３を凍結させる温度は、これらの融点に基づいて決定される。したがって、電解液３を凍結させるには、例えば、摂氏０度以下から摂氏−６０度以下に冷却する必要がある。

極群組立工程（ステップＳ３）は、電解液凍結工程（ステップＳ２）にて電解液３が凍結されたセパレータ２３を介して正極板２１と負極板２２とを交互に積層させる工程である。これにより、電解液３が含浸され、該電解液３が凍結されたセパレータ２３を介して正極板２１と負極板２２とが交互に積層される（極群２が組み立てられる）。そして、組み立てられた極群２はセル容器４に収容される。

電解液解凍工程（ステップＳ４）は、極群組立工程（ステップＳ３）の後の工程であり、電解液凍結工程（ステップＳ２）で凍結された電解液３を解凍させる工程である。電解液３が解凍する温度は、電解液３（溶媒）の融点に基づいて決定される。したがって、電解液３を解凍させるには、例えば、常温にする必要がある。これにより、セパレータ２３に含浸され、凍結された電解液３が解凍され、正極板２１と負極板２２との間に電解液３が介入する。

上述したリチウムイオン二次電池１の製造方法によれば、セパレータ２３に電解液３を含浸させた後、セパレータ２３に含浸された電解液３を凍結させる。そして、セパレータ２３を介して正極板２１と負極板２２とを交互に積層させた後、電解液３を解凍させるので、極群２への電解液３の浸透に要する時間を短縮することができる。

図３から図５に示すように、本発明の幾つかの実施形態に係るリチウムイオン二次電池１の製造方法では、電解液含浸工程（ステップＳ１）は含浸工程（ステップＳ１１）を含み、電解液凍結工程（ステップＳ２）は凍結工程（ステップＳ２１）を含む。
含浸工程（ステップＳ１１）は、正極板２１又は負極板２２の少なくとも一方に電解液３を含浸させる工程である。含浸工程（ステップＳ１１）では、正極板２１又は負極板２２の少なくとも一方に電解液３を含浸させるものであればよいが、正極板２１及び負極板２２の両方に電解液３を含浸させるものであってもよい。
凍結工程（ステップＳ２１）は、含浸工程（ステップＳ１１）にて正極板２１又は負極板２２の少なくとも一方に含浸された電解液３を凍結させる工程である。凍結工程（ステップＳ２１）では、含浸工程（ステップＳ１１）にて正極板２１又は負極板２２の少なくとも一方に含浸された電解液３を凍結させるものであればよいが、含浸工程にて正極板２１及び負極板２２の両方に含浸された電解液３を凍結させるものであってもよい。

上述したリチウムイオン二次電池１の製造方法によれば、正極板２１又は負極板２２の少なくとも一方に電解液３を含浸させた後、正極板２１又は負極板２２の少なくとも一方に含浸された電解液３を凍結させるので、極群２への電解液３の浸透に要する時間をさらに短縮することができる。

図４及び図５に示すように、本発明の幾つかの実施形態に係るリチウムイオン二次電池１の製造方法では、電解液解凍工程（ステップＳ４）は加熱工程（ステップＳ４１）を含む。
加熱工程（ステップＳ４１）は、凍結した電解液３を加熱する工程である。
電解液３を加熱する温度は、電解質及び溶媒が劣化しないように、電解質及び溶媒にダメージを与えない範囲の温度であって、セパレータ２３が溶解しない範囲の温度とする。セパレータ２３が溶解しない範囲の温度とするのは、セパレータ２３の溶解によってセパレータ２３に設けられた微細な穴が閉じ、意図しないシャットダウン機能を発揮することがないようにするためである。
尚、セパレータ２３は、摂氏１２０度で溶解するものもあるので、電解液３を加熱する温度は、摂氏４０度から摂氏１００度の間に設定することが好ましい。

上述したリチウムイオン二次電池１の製造方法によれば、電解液３を加熱するので、電解液３の解凍に要する時間を短縮することができる結果、極群２への電解液３の浸透に要する時間をさらに短縮することができる。

図５に示すように、本発明の幾つかの実施形態に係るリチウムイオン二次電池１の製造方法は、電解液解凍工程（ステップＳ４）の後に、電解液注入工程（ステップＳ５）をさらに含む。電解液注入工程（ステップＳ５）は、正極板２１と負極板２２との間に電解液３を注入する工程である。電解液３の注入は、例えば、セル容器４に収容された極群２に対して行われる。そして、電解液３の注入が終了すると、セル容器４を封止する。

上述したリチウムイオン二次電池１の製造方法によれば、電解液注入工程にて正極板２１と負極板２２との間に電解液３を注入するので、極群２に電解液３を十分に浸透させることができる。

上述した幾つかの実施形態に係るリチウムイオン二次電池１の製造方法によって製造されたリチウムイオン二次電池１は、コンディショング工程を経て使用に供される。
コンディショニング工程は、初回充放電、ガス抜き及びエージングを含む。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１リチウムイオン二次電池
２極群
２１正極板
２２負極板
２３セパレータ
３電解液
４セル容器

Claims

セパレータを介して正極板と負極板とが交互に積層された極群と、前記正極板と前記負極板との間に含浸し、前記正極板と前記負極板との間で電気化学反応を可能にする電解液と、を備えるスタック電池の製造方法であって、
前記セパレータに前記電解液を含浸させる電解液含浸工程と、
前記電解液含浸工程にて前記セパレータに含浸された前記電解液を凍結させる電解液凍結工程と、
前記電解液凍結工程にて前記電解液が凍結された前記セパレータを介して前記正極板と前記負極板とを交互に積層させる極群組立工程と、
前記極群組立工程の後に、前記電解液凍結工程にて凍結された前記電解液を解凍させる電解液解凍工程と、
を含むことを特徴とするスタック電池の製造方法。
前記電解液含浸工程は、
前記正極板又は前記負極板の少なくとも一方に前記電解液を含浸させる含浸工程を含み、
前記電解液凍結工程は、
前記含浸工程にて前記正極板又は前記負極板の少なくとも一方に含浸された前記電解液を凍結させる凍結工程を含む
ことを特徴とする請求項１に記載のスタック電池の製造方法。
前記電解液解凍工程は、
前記電解液を加熱する加熱工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のスタック電池の製造方法。
前記正極板と前記負極板との間に前記電解液を注入する電解液注入工程をさらに含むことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のスタック電池の製造方法。