JP2019053929A - 電池の製造方法 、及び製造装置。 - Google Patents
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Abstract
Description
動車、電動バイク、及びフォークリフトなどの電源として期待されている。その電池には
、電解液を注液口から注入する工程と、その注液口を溶接することで封止する工程を含む
ものがある。
ことがある。本発明が解決しようとする課題は、このような溶接不良を低減するための電
池の製造方法及び電池の製造装置を提供することである。
を重ねてなる電極群と、前記電極群に電気的に接続された正極端子と負極端子とを備える
蓋体と、前記蓋体に設けられ、前記蓋体を貫通する注液口と、前記電極群と前記蓋体との
間に前記蓋体に近接するよう重ねて設けられ、前記注液口に対応した位置に開口を有する
電極群押さえと、前記電極群と前記電極群押さえとを収容する容器と、前記容器内に注入
される電解液と、を備える電池の製造方法であって、前記蓋体と前記電極群押さえとを重
ねて、前記蓋体の前記正極端子および負極端子と前記電極群とを電気的に接続して一体化
する工程と、前記一体化した部材を前記容器に挿入する工程と、前記蓋体と、前記一体化
した部材が挿入された前記容器の前記開口部とを、溶接により接続する工程と、前記蓋体
に備わる前記注液口から前記電解液を前記容器内に注入する工程と、前記電解液が注入さ
れた前記容器を前記正極と前記負極との高さが異なるように傾ける工程と、前記注液口を
封止する工程と、を有している。
5a−1、15a−2、15b−1、15b−2と、正極端子、負極端子それぞれに接続
される2つのリード13a、13bとを具備する。
は、矩形の蓋体2が配置されており、それによって塞がれている。容器1は、電極群11
及び電解液(図示しない)を収容している。
十字の溝を有する。蓋体2 のうち溝が設けられた部分は特に肉薄となっている。そのた
め、溝は、容器1の内部圧力が上昇した際に、破断することによって容器1内のガスを外
に放出することができる。
部 2a、2bが設けられており、凹部の底部には貫通孔2a−1、2b−1がそれぞれ
設けられている。更に、蓋体2には、注液口10が設けられている。
いる。正極端子5aは、導電性のフランジ部5a−1及び軸部5a−2を含むリベット形
状を有する。負極端子5bは、導電性のフランジ部5b−1及び軸部5b−2を含むリベ
ット形状を有する。
合することにより正極端子5a、負極端子5bのフランジ部5a−1、5b−1の外周部
を覆うことができる。
。正極端子5a、負極端子5bの軸部5a−2、5b−2は、リング状の絶縁ガスケット
7a、7bを挿通し、さらに2つの凹部2a、2bの底部にそれぞれ設けられた貫通孔2
a−1、2b−1に挿入されている。絶縁ガスケット7a、7bは、2a−1、2b−1
に篏合されるため、正極端子5a、負極端子5bの軸部5a−2、5b−2は貫通孔2a
−1、2b−1に接触していない。このような配置により、正極端子5a及び負極端子5
bは、蓋体2から電気的に絶縁されている。
蓋体2と電極群押さえ12及び、電極群押さえ12と電極群11はそれぞれ近接するよう
、重ねて設けられている。電極群押さえ12は矩形であり、その両端部に貫通孔12c及
び12dが備えられている。貫通孔12cには、端子絶縁体6aと、リング状の絶縁ガス
ケット7aを挿通した正極端子5aの軸部5a−2が挿入されている。また、貫通孔12
dには、端子絶縁体6bと、絶縁ガスケット7bを挿通した負極端子5bの軸部5b−2
が挿入されている。
が設けられている。また、注液口10に対向する位置には、第二の孔12b(開口)が設
けられている。さらに、例えば、第一の孔12aに隣接する位置と、第二の孔12bに隣
接する位置には、電池100を組み立てた際に電極群11と所定の面積で接触するように
形成された凸部12e、12fがそれぞれ設けられている。この電極群押さえ12の凸部
12e、12fが電極群11と接触することにより、電極群11は電池100内で固定さ
れる。これにより、電池100に振動・衝撃が加わった場合であっても電極群11が電池
100内で動くことがないため、電極群11が電池100内部の部品と接触して損傷する
可能性を低減することができる。
タとを含む。正極及び負極は、間にセパレータを挟んで積層され、また電極群11は図示
しない電解液によって含浸されている。
える。正極集電体は、表面に正極活物質層が形成されていない、正極集電タブ14aを備
える。正極は、例えば、正極活物質を含むスラリーをアルミニウム箔もしくはアルミニウ
ム合金箔からなる集電体に塗着することにより作成される。負極は、帯状の負極集電体と
、集電体の表面の一部に形成された負極活物質含有層とを備える。負極集電体は、表面に
負極活物質層が形成されていない、負極集電タブ14bを備える。負極は、例えば、負極
活物質を含むスラリーをアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる集電体に塗
着することにより作成される。
れたものである。電極群11は、容器1の短側面に対向する二つの端面を有しており、こ
の端面の一方が正極集電タブ14a、他方が負極集電タブ14bとして機能している。複
数の正極集電タブ14aは、電極群11の容器1の一方の短側面に対向する端面から延出
している。複数の負極集電タブ14bは、電極群11の容器1の他方の短側面に対向する
端面から延出している。正極集電タブ14aは正極リード補助材15a−1、15a−2
と接続されており、複数の負極集電タブ14bは負極リード補助材15b−1、15b−
2と接続されている。正極タブ14a、負極タブ14bはそれぞれ所定の範囲内の枚数ず
つを挟むようにリード補助材により束ねられる。リード補助材は、純アルミニウム系のア
ルミ合金により形成される導電性の部材である。正極集電タブ12及び負極集電タブ13
は、リード補助材により束ねられることにより、容易に溶接されるようになる。なお、図
1に示されるように、例えば正極集電タブ14a及び負極集電タブ14bは、リード補助
材15により4つの束に束ねられる。なお、正極集電タブ14a及び負極集電タブ14b
は、リード補助材によりいくつの束に束ねられる構成であってもよい。各リード補助材と
集電タブは、例えば超音波接合されている。
軸方向の端部から延出するように形成されている。
正極リード13aが正極集電タブ14aに電気的に接続され、また、負極リード13bが
負極集電タブ14bに電気的に接続されている。
支持するベース部13a−1とを備える。正極リード13aのベース部13a−1は、蓋
体2に正極端子5aの軸部5a−2がベース部13a−1に備わる孔13a−2にかしめ
られることにより固着される。また、正極リード13aの二又形状の溶接部の間には、電
極群11の正極集電タブ14aを束ねる正極リード補助材15a−1、15a−2が挟み
込まれて、溶接により固着される。
支持するベース部13b−1とを備える。負極リード13bのベース部13b−1は、蓋
体2に負極端子5bの軸部5b−2がベース部13b−1に備わる孔13b−2にかしめ
られることにより固着される。また、負極リード13bの二又形状の溶接部の間には、電
極群11の負極集電タブ14bを束ねる負極リード補助材15b−1、15b−2が挟み
込まれて、溶接により固着される。
、負極リード13bなどに比べて電気抵抗が高い絶縁性の材料により形成された絶縁部材
である。電池100は、正極側に設けられた正極電極ガード16aと、負極側に設けられ
た負極電極ガード16bと、を備える。正極側に設けられた正極電極ガード16aは、正
極リード13a、および正極集電タブ14aなどを覆う形状で形成されている。正極側に
設けられた正極電極ガード16aにより、正極リード13a、および正極集電タブ14a
などが容器1に接触することを防ぐことができる。同様に負極側に設けられた負極電極ガ
ード16bにより、負極リード13b、および負極集電タブ14bなどが容器1に接触す
ることを防ぐことができる。
、絶縁性のテープ17aおよび17bがそれぞれ張り付けられている。これにより、正極
電極ガード16aおよび負極電極ガード16bと電極群11がより強固に固定される。
い。実施形態に係る電池の一例としては、リチウムイオン電池が挙げられる。
び容器について、並びに電極群の構造及び形状について詳細に説明する。
1)正極
ことができる。
正極活物質としては、例えば、酸化物又は硫化物を用いることができる。
2)負極
えることができる。
負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵放出することができる金属酸化物
、金属窒化物、合金、炭素等を用いることができる。0.4V以上(対Li/Li+)貴
な電位でリチウムイオンの吸蔵放出が可能な物質を負極活物質として用いることが好まし
い。
3)セパレータ
化ビニリデン(PVdF)を含む多孔質フィルム、または、合成樹脂製不織布から形成さ
れてよい。中でも、ポリエチレン又はポリプロピレンから形成された多孔質フィルムは、
一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能であるため、安全性を向上できる。
4)電解液
電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解質、又は、液状電解質と
高分子材料を複合化したゲル状非水電解質であってよい。液状非水電解質は、電解質を0
.5モル/L以上2.5モル/L以下の濃度で有機溶媒に溶解したものであることが好ま
しい。
リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(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(LiCF3SO3)、及
びビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN(CF3SO2)2]のよう
なリチウム塩、及び、これらの混合物が含まれる。電解質は高電位でも酸化し難いもので
あることが好ましく、LiPF6が最も好ましい。
、ビニレンカーボネートのような環状カーボネート;ジエチルカーボネート(DEC)、
ジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)のような鎖状
カーボネート;テトラヒドロフラン(THF)、2メチルテトラヒドロフラン(2MeT
HF)、ジオキソラン(DOX)のような環状エーテル;ジメトキシエタン(DME)、
ジエトキシエタン(DEE)のような鎖状エーテル;γ−ブチロラクトン(GBL)、ア
セトニトリル(AN)、及びスルホラン(SL)が含まれる。これらの有機溶媒は、単独
で、又は混合溶媒として用いることができる。
AN)、ポリエチレンオキサイド(PEO)が含まれる。
、高分子固体電解質、無機固体電解質等を用いてもよい。
内、常温(15〜25℃)で液体として存在しうる化合物を指す。常温溶融塩には、単体
で液体として存在する常温溶融塩、電解質と混合させることで液体となる常温溶融塩、有
機溶媒に溶解させることで液体となる常温溶融塩が含まれる。一般に、非水電解質電池に
用いられる常温溶融塩の融点は、25℃以下である。また、有機物カチオンは、一般に4
級アンモニウム骨格を有する。
水溶液でもよい。
5)容器
属製容器を用いることができる。
属製容器は、厚さ0.5mm以上であることがより好ましい。
合金は、マグネシウム、亜鉛、ケイ素等の元素を含む合金が好ましい。合金中に鉄、銅、
ニッケル、クロム等の遷移金属を含む場合、その含有量は1質量%以下にすることが好ま
しい。
6)電極群の構造及び形状
ば、如何なる構造を採用することもできる。
正極及び負極を間にセパレータを挟んで積層した構造を有する。
極を間にセパレータを挟んで積層し、かくして得られた積層体を渦巻状または扁平の渦巻
状に捲回した構造である。
。
端部から延出した正極集電タブ14aと、他方の端部から延出した負極集電タブ14bに
、それぞれ正極リード補助材15a−1、15a−2と負極リード補助材15b−1、1
5b−2を挟み込む。一方、正極リード13aのベース部13a−1は、正極端子5aの
軸部5a−2が端子絶縁体6a、ガスケット7a、蓋体2の貫通孔2a−1、電極群押さ
え12の貫通孔12c、そして正極リード13aのベース部13a−1に備わる孔13a
−2を挿通し、かしめられることにより蓋体2に固着する。同様に、負極リード13bの
ベース部13b−1は、負極端子5bの軸部5b−2が端子絶縁体6b、ガスケット7b
、蓋体2の貫通孔2b−1、電極群押さえ12の貫通孔12d、そして負極リード13b
のベース部13b−1に備わる孔13b−2を挿通し、かしめられることにより蓋体2に
固着する。また、これにより電極群押さえ12は蓋体2とリード13a、13bとの間に
挟み込まれ、固定される。これにより、キャップ体が完成する。キャップ体とは、電池1
00のうち電極群11と容器1、電極ガード、電極ガード固定テープ以外の構成部品の名
称である。
a−1、溶接部13a−4と正極リード補助材15a−2を例えば超音波接合する。同じ
く、負極側も負極リード13bの溶接部13b-3と負極リード補助材15b−1、溶接
部13b−4と正極リード補助材15b−2を例えば超音波接合する。これにより、正極
、負極の各リードと正極、負極の各集電タブが電気的に接続され、また、キャップ体と電
極群11が一体に組み立てられる。
に挿入したうえで、正極電極ガード16aと電極群11との境界部に絶縁性のテープ17
aを張り付け、固定する。同様に、負極電極ガード16bを電極群11の捲回軸方向の端
部から負極集電タブ14bに挿入したうえで、負極電極ガード16bと電極群11との境
界部に絶縁性のテープ17bを貼り付け、固定する。
に挿入することにより、蓋体2と容器1の開口部端面とを当接させる。
方から蓋2の外周縁部に対してレーザーを照射することにより、蓋2と容器1の開口部と
を溶接する。
セパレータ、さらにそれぞれの層間等の空隙を電解液で十分に満たす。
品を省略して示している。図2に示すように、注液した電解液の液面高さ21は電極群押
さえ12より下に位置するが、一部注液口10付近の電極群押さえ12と蓋体2とで形成
された小さな空間に、例えば表面張力により、液だまり電解液20が発生することがある
。注液口10付近に液だまり電解液20があると、後に注液口10を封止する際に電解液
が上昇して排出され、注液口10の周辺に付着する場合がある。注液口10周辺に電解液
が存在すると溶接時にピンホールが生じて歩留まりが低下したり、外観が悪くなったりす
る。そこで、本実施形態においては、図3に示すように、注液後の電池100を例えば、
正極端子と負極端子を異なる高さにするように傾けることにより液だまり電解液20が注
液口10付近から電極群押さえ12と蓋体2との間を伝って電池100の下部に流れだし
、注液口10付近の電解液を減少させるか、もしくはほぼない状態にすることが出来る。
傾け角は、図3のように90度傾けても良いが、これに限られるものではなく、例えば5
度以上等でも良い。
り封止することで電池100が完成する。
っていてもよい。 この場合、液だまり電解液20があると、後に電池100の内部を減
圧し封口する際に注液口10から空気が放出されるのと同時に電解液も排出されて注液口
の周辺に付着する場合がある。この場合も電池100を傾けることにより、注液口10付
近に発生した液だまり電解液20を注液口10付近から除去することができる。
液後に取り外し可能な仮の封止を行い、所定の条件で充電やエージングを行った後に、電
池100を傾けて液だまりを解消し、その後に仮封止していたものを取り外してガスを放
出するなどの処置を行った後に、封止板8を溶接することによる封止を行う工程を行って
もよい。
は注液、仮封止後に液だまり電解液20が発生するが、図5に示すように電池100を傾
けることで、液だまり電解液20を注液口10付近から除去することができる。
100に何らかの加速度を加えることでも効果を奏する。
いる。(2)その後、アームにより電池100の角度を変えて傾け、注液口10付近に溜
まった電解液を流しだす。(3)さらに、注液口10付近の電池セル100の側面に衝撃
を加えることで、溜まった電解液をより流れやすくする。(4)その後、(1)と同様の
水平状態に戻す。
の電池セル100が例えば製造ラインに設けられたレール上を水平に保持されながら進む
。(2)その後、電池100は、レールに設けられた坂を電池100の進行方向後方にあ
たる電池100の短側面から例えば、アームで進行方向に押すなど、力を加えることによ
り、登らせる。(3)電池100はレールに設けられた坂を登り切り、(4)その後、進
行方向にある電池100の一端が坂から落ち水平に設けられたレールに戻る。その際に電
池100は坂の端面に支持されつつも、水平面に接触することで衝撃が加わる。これによ
り、注液口10付近発生した液だまり電解液20を除去することができる。(5)電池1
00に衝撃が加わった後に、電池100は(1)と同様の水平状態に戻される。
20を除去する方法を示している。(1)上記注液後の電池セル100が例えばアームに
より水平に保持されている。(2)その後、アームにより電池100の上下方向をつなぐ
軸を中心に回転させる。この際、蓋体2の中心部から正極端子及び負極端子方向に遠心力
が加わり、注液口10付近発生した液だまり電解液20を除去することができる。(3)
その後、(1)と同様の状態に戻す。電池100を回転させる際には、アームにより電池
100の両側面を固定して回転させる方法の他、電池100をホルダーにより下方で固定
し、ホルダーを回転させる方法などがある。
ち付けることで電池100に対して加速度を加える方法も可能である。
とにより、封止板8を封止口10に溶接する際に電解液が溶接個所に残ることによる溶接
不良を低減することができる。よって、電池100の歩留まりの改善にも寄与することが
できる。
であり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々
な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置
き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含
まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものであ
る。
負極端子絶縁体、7a…正極ガスケット、7b…負極ガスケット、8…封止板、9…ガス
排出弁、10…注液口、11…電極群、13a…正極リード、13b…負極リード、14
a…正極集電タブ、14b…負極集電タブ、15a−1、15a−2…正極リード補助材
、15b−1 、15b−2…負極リード補助材、16a…正極電極ガード、16b…負
極電極ガード、20…液だまり電解液、100…電池
Claims (10)
- 正極、負極、セパレータを重ねてなる電極群と、
前記電極群に電気的に接続された正極端子と負極端子とを備える蓋体と、
前記蓋体に設けられ、前記蓋体を貫通する注液口と、
前記電極群と前記蓋体との間に前記蓋体に近接するよう重ねて設けられ、前記注液口に対
応した位置に開口部を有する電極群押さえと、
前記電極群と前記電極群押さえとを収容する容器と、
前記容器内に注入される電解液と、
を備える電池の製造方法であって、
前記蓋体と前記電極群押さえとを重ねて、前記蓋体の前記正極端子および負極端子と前記
電極群とを電気的に接続して一体化する工程と、
前記一体化した部材を前記容器に挿入する工程と、
前記蓋体と、前記一体化した部材が挿入された前記容器の前記開口部とを、溶接により接
続する工程と、
前記蓋体に備わる前記注液口から前記電解液を前記容器内に注入する工程と、
前記電解液が注入された前記容器を前記正極と前記負極との高さが異なるように傾ける工
程と、
前記注液口を封止する工程と、
を備える電池の製造方法。 - 正極、負極、セパレータを重ねてなる電極群と、
前記電極群に電気的に接続された正極端子と負極端子とを備える蓋体と、
前記蓋体に設けられ、前記蓋体を貫通する注液口と、
前記電極群と前記蓋体との間に前記蓋体に近接するよう重ねて設けられ、前記注液口に対
応した位置に開口部を有する電極群押さえと、
前記電極群と前記電極群押さえとを収容する容器と、
前記容器内に注入される電解液と、
を備える電池の製造方法であって、
前記蓋体と前記電極群押さえとを重ねて、前記蓋体の前記正極端子および負極端子と前記
電極群とを電気的に接続して一体化する工程と、
前記一体化した部材を前記容器に挿入する工程と、
前記蓋体と、前記一体化した部材が挿入された前記容器の前記開口部とを、溶接により接
続する工程と、
前記蓋体に備わる前記注液口から前記電解液を前記容器内に注入する工程と、
前記電解液が注入された前記容器に加速度を加える工程と、
前記注液口を封止する工程と、
を備えた電池の製造方法。 - 前記加速度は、前記容器を回転させることで与える、
請求項2に記載の電池の製造方法。 - 前記加速度は、前記容器の側面に衝撃を与えることで生じさせる、
請求項2に記載の電池の製造方法。 - 前記容器を前記正極と前記負極との高さが異なるように傾けた後に、前記容器の側面に衝
撃を与える、
請求項1に記載の電池の製造方法。 - 正極、負極、セパレータを重ねてなる電極群と、
前記電極群に電気的に接続された正極端子と負極端子とを備える蓋体と、
前記蓋体に設けられ、前記蓋体を貫通する注液口と、
前記電極群と前記蓋体との間に前記蓋体に近接するよう重ねて設けられ、前記注液口に対
応した位置に開口を有する電極群押さえと、
前記電極群と前記蓋体と前記電極群押さえと一体化して収容し、前記蓋体と溶接により接
続される容器と、
前記注液口から前記容器内に注入される電解液と、
を備える電池の製造装置であって、
前記電解液が注入された前記容器を前記正極と前記負極との高さが異なるように傾ける手
段と、
前記注液口を封止する手段と、
を備える電池の製造装置。 - 正極、負極、セパレータを重ねてなる電極群と、
前記電極群に電気的に接続された正極端子と負極端子とを備える蓋体と、
前記蓋体に設けられ、前記蓋体を貫通する注液口と、
前記電極群と前記蓋体との間に前記蓋体に近接するよう重ねて設けられ、前記注液口に対
応した位置に開口を有する電極群押さえと、
前記電極群と前記蓋体と前記電極群押さえと一体化して収容し、前記蓋体と溶接により接
続される容器と、
前記注液口から前記容器内に注入される電解液と、
を備える電池の製造装置であって、
前記電解液が注入された前記容器に加速度を加える手段と、
前記注液口を封止する手段と、
を備えた電池の製造装置。 - 前記加速度は、前記容器を前記蓋体 の中心部から前記正極端子及び前記負極端子方向
に遠心力が発生するように回転させることで与える、
請求項7に記載の電池の製造装置。 - 前記加速度は、前記容器の側面に衝撃を与えることで生じさせる、
請求項7に記載の電池の製造装置。 - 前記正極と前記負極との高さが異なるように傾けることのできる坂を水平面に設け、前記
容器が前記水平面から前記坂を登った後に、前記坂の端部により前記容器を支持し、前記
容器の一端部が前記水平面に接触することで衝撃を与える、請求項6に記載の電池の製造
装置。
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JP2017178203A JP2019053929A (ja) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | 電池の製造方法 、及び製造装置。 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2022072592A (ja) * | 2020-10-30 | 2022-05-17 | プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社 | 密閉型リチウムイオン二次電池の製造方法 |
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-
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