JP2022079233A - 非水電解液二次電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
先ず、ここに開示される製造方法の製造対象である非水電解液二次電池の構造の一例を説明する。図1は、非水電解液二次電池の内部構造を模式的に示す正面図である。また、図2は、捲回電極体の構造を説明する斜視図である。図3は、図1中のIII-III矢視図である。なお、本明細書にて示す各図における符号Xは「幅方向」を示しており、符号Yは「奥行方向」を示しており、符号Zは「高さ方向」を示している。なお、これらの方向は、説明の便宜上定めたものであり、使用中や製造中の非水電解液二次電池の設置態様を限定することを意図したものではない。
電池ケース10は、扁平な角形のケースである。この電池ケース10には、略矩形状の内部空間10aが形成されており、当該内部空間10aに捲回電極体20と非水電解液30が収容される。そして、電池ケース10は、内部空間10aに連なる開口部が上面に形成された箱型のケース本体14と、該ケース本体14の開口部を塞ぐ板状の蓋体12とを備えている。また、図1に示される蓋体12には、安全弁16と、注液口18とが設けられている。安全弁16は、電池ケース10の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に開放されるように構成されている。これによって、内圧上昇による電池ケース10の膨張を防止できる。また、注液口18は、余剰電解液32を設けるために、電池ケース10(蓋体12)に形成された開口部である。製造後の非水電解液二次電池1では、注液口18は封止栓18aによって封止される。なお、電池ケース10は、軽量かつ熱伝導性が良い材質(例えば、アルミニウムやアルミニウム合金など)で構成されていることが好ましい。
図2に示すように、捲回電極体20は、セパレータ80を介して正極50と負極60とを捲回することによって形成される。この捲回電極体20を構成する部材(正極50、負極60およびセパレータ80)は、何れも長尺なシート状の部材である。このため、本明細書では、これらの捲回電極体20の構成部材をまとめて「シート部材」ともいう。
非水電解液30は、捲回電極体20と共に電池ケース10の内部に収容されている。また、非水電解液30は、その大部分が捲回電極体20の内部(正極50と負極60との極間)に浸透している。但し、非水電解液30の一部は、余剰電解液32として捲回電極体20の外部(捲回電極体20と電池ケース10との間)に存在していてもよい。これによって、捲回電極体20内の非水電解液30が不足した際に、余剰電解液32を捲回電極体20の内部へ供給できる。なお、非水電解液30は、非水溶媒に支持塩を溶解させることによって調製される。これらの非水電解液30の成分は、一般的な二次電池で使用され得るものを特に制限なく使用でき、ここに開示される技術を限定するものではないため詳細な説明を省略する。
また、図1に示す非水電解液二次電池1では、箱型に成形された絶縁フィルム70の内部に捲回電極体20が収容されている。このように、電池ケース10と捲回電極体20との間に絶縁フィルム70を介在させることによって、電池ケース10と捲回電極体20との通電を防止できる。また、詳しくは後述するが、このような箱型の絶縁フィルム70の内部に捲回電極体20を収容することによって、非水電解液二次電池1の製造中に、捲回電極体20から漏出した非水電解液30が広範囲に飛散して製造環境を悪化させることを防止できる。
次に、ここに開示される非水電解液二次電池の製造方法の一実施形態について説明する。図4は、本実施形態に係る製造方法を説明するフローチャートである。ここに開示される非水電解液二次電池の製造方法は、捲回工程S10と、端子接続工程S50と、密閉工程S70とを少なくとも備えており、捲回工程S10と端子接続工程S50との間に浸透工程S30が設けられていることによって特徴づけられる。詳しくは後述するが、本実施形態に係る製造方法では、浸透工程S30において捲回電極体の内部に充分な量の非水電解液を短時間で確実に浸透できるため、非水電解液二次電池の製造に要する時間を大幅に短縮できる。
図5は、本実施形態に係る製造方法の捲回工程を模式的に示す側面図である。図5に示すように、本工程では、セパレータ80を介して正極50と負極60を捲回することによって捲回電極体20を形成する。具体的には、最初に、シート状の正極50が巻き取られた正極供給部150と、シート状の負極60が巻き取られた負極供給部160と、シート状のセパレータ80が巻き取られたセパレータ供給部180とを準備する。そして、正極供給部150、負極供給部160およびセパレータ供給部180の各々からシート部材を巻き出し、各シート部材の先端を円柱状の捲回軸WLに取り付ける。そして、捲回軸WLを回転させることによって、セパレータ80、負極60、セパレータ80、正極50がこの順で重ね合わされながら捲回軸WLに巻き取られる。そして、所定の捲回数分のシート部材を巻き取った後に、当該シート部材を裁断して捲回軸WLから取り外すことによって円筒形状の捲回電極体20aを作製できる。
図4に示すように、本実施形態に係る製造方法では、捲回工程S10と浸透工程S30との間に仮プレス工程S20が設けられている。この仮プレス工程S20は、捲回工程S10で作製した円筒状の捲回電極体20aを加圧し、図2に示すような扁平形状の捲回電極体20を成形する。具体的には、円筒状の捲回電極体20aを挟み込むようにして押し潰すことによって、扁平形状の捲回電極体20を成形することができる。なお、本工程では、捲回電極体20が完全に塑性変形せず、弾性変形する余地が残るように圧力を調節することが好ましい。本工程において、捲回電極体20が完全に塑性変形すると、後述の浸透工程S30における非水電解液の浸透性が低下するおそれがあるためである。具体的には、本工程における圧力は、捲回電極体を適切に扁平形状にするという目的の下で、捲回電極体の弾性力によるスプリングバック、活物質層の塗工厚み、集電体の厚みなどを考慮して適宜調節することが好ましい。例えば、仮プレス工程S20における圧力は、0.1kN/m2以上が好ましく、0.25kN/m2以上がより好ましく、0.4kN/m2以上が特に好ましい。一方、捲回電極体20が完全に塑性変形することを防止するという観点から、本工程における圧力は、1.0kN/m2以下が好ましく、0.7kN/m2以下がより好ましく、0.5kN/m2以下が特に好ましい。
図6は、本実施形態に係る製造方法の浸透工程を模式的に示す図である。図6に示すように、本工程では、捲回電極体20を非水電解液30に浸漬させた状態で捲回電極体20の加圧と開放を繰り返すことによって、捲回電極体20の内部に非水電解液30を浸透させる。具体的には、浸透工程S30では、非水電解液30を貯蔵する浸透槽Tと、捲回電極体20を加圧するプレス治具Pが用いられる。上記浸透槽Tには、角型の凹部T1が形成されており、当該凹部T1に非水電解液30が貯蔵される。そして、捲回電極体20を凹部T1内に収容して非水電解液30に浸漬させた状態で、プレス治具Pを下降させて捲回電極体20を加圧する。これによって、捲回電極体20の極間距離が狭まるため、捲回電極体20の内部に残留していた空気が排出される。次に、プレス治具Pを上昇させて捲回電極体20に掛かっていた圧力を開放すると、捲回電極体20の極間距離が広がるため、電解液流通経路20Dを通って非水電解液30が捲回電極体20の内部に流入する。このように浸透工程S30では、捲回電極体20への加圧と開放を複数回繰り返し、ポンピング効果によって非水電解液30を捲回電極体20の内部に圧送する。これによって、毛細管現象を利用する従来の技術と比べて、充分な量の非水電解液30を浸透させるために要する時間を大幅に短縮できる。具体的には、毛細管現象を利用した従来技術では、数時間~数十時間の浸透時間が必要となる一方で、本実施形態に係る製造方法によると、数分間~数十分間という非常に短い浸透時間で充分な量の非水電解液を浸透できる。
図4に示すように、本実施形態に係る製造方法では、浸透工程S30と端子接続工程S50との間に本プレス工程S40が設けられている。この本プレス工程S40では、扁平形状の捲回電極体20の扁平面を更に加圧し、捲回電極体20を電池ケース10に収容可能な厚さまで塑性変形させる。上述した通り、仮プレス工程S20では、捲回電極体20を完全に塑性変形させず、弾性変形する余地を残している。このような状態では、捲回電極体20を電池ケース10の内部に収容することが困難であるため、本工程において、捲回電極体を電池ケース10に収容可能な厚さまで塑性変形させることが好ましい。また、本工程を実施することによって、捲回電極体20の極間距離が均一化するため、電池性能の安定化にも貢献できる。
本工程では、捲回電極体20に電極端子40を接続する。例えば、本工程では、一対の電極端子40が取り付けられた蓋体12を準備する(図3参照)。そして、負極接続部20Cの中央部近傍と負極端子44の下端40aを奥行方向Yに沿って挟み込むように加圧した状態で接合処理を行う。これによって、負極接続部20Cと負極端子44とを接続する接続部40bが形成される。そして、負極側と同じ手順に従って、正極接続部20Bと正極端子42とを接続する(図1参照)。これによって、蓋体12と捲回電極体20とが接続された組立体1A(図8参照)が得られる。また、本工程を実施すると、捲回電極体20の電解液流通経路20Dの一部(例えば、高さ方向Zの中央部近傍)が閉塞されて非水電解液の流通が制限される。これによって、捲回電極体20の内部から非水電解液が漏出することを抑制できる。
図4に示すように、本実施形態に係る製造方法では、端子接続工程S50と密閉工程S70との間にフィルム収容工程S60が設けられている。このフィルム収容工程S60では、電池ケース10と捲回電極体20とを絶縁する箱型の絶縁フィルム70内に捲回電極体20を収容する(図1参照)。端子接続工程S50を実施した後に本工程を実施することによって、捲回電極体20から漏出した非水電解液が広範囲に飛散することを抑制できる。以下、図7~図9を参照しながら本工程について具体的に説明する。図7は、本実施形態に係る製造方法で使用される絶縁フィルムの一例を示す平面図である。図8は、本実施形態に係る製造方法のフィルム収容工程を模式的に示す側面図である。図9は、本実施形態に係る製造方法のフィルム収容工程を模式的に示す側面図である。
本工程では、捲回電極体20を電池ケース10の内部に収容した後に、当該電池ケース10を密閉する。これによって、電池ケース10内に捲回電極体20と非水電解液30とが収容された非水電解液二次電池1(図1参照)が製造される。
ここに開示される製造方法は、上述の実施形態に限定されず、種々の実施形態を包含する。例えば、ここに開示される製造方法は、捲回工程S10と、浸透工程S30と、端子接続工程S50と、密閉工程S70とを備えていればよい。少なくともこれらの工程を実施することによって、捲回電極体の内部に非水電解液を短時間かつ確実に浸透させて、非水電解液二次電池を製造することができる。すなわち、上述の実施形態において説明した仮プレス工程S20と本プレス工程S40とフィルム収容工程S60は省略することができる。
1A 組立体
10 電池ケース
12 蓋体
14 ケース本体
16 安全弁
18 注液口
18a 封止栓
20 捲回電極体
20A コア部
20B 正極接続部
20C 負極接続部
20D 電解液流通経路
30 非水電解液
32 余剰電解液
40 電極端子
42 正極端子
44 負極端子
50 正極
52 正極集電体
54 正極活物質層
56 正極露出部
60 負極
62 負極集電体
64 負極活物質層
66 負極露出部
70 絶縁フィルム
80 セパレータ
150 正極供給部
160 負極供給部
180 セパレータ供給部
S10 捲回工程
S20 仮プレス工程
S30 浸透工程
S40 本プレス工程
S50 端子接続工程
S60 フィルム収容工程
S70 密閉工程
Claims (14)
- 電池ケース内に捲回電極体と非水電解液とが収容された非水電解液二次電池を製造する方法であって、
セパレータを介して正極と負極を捲回して捲回電極体を形成する捲回工程と、
前記捲回電極体に電極端子を接続する端子接続工程と、
前記捲回電極体を電池ケースの内部に収容した後に、当該電池ケースを密閉する密閉工程と
を少なくとも備え、
前記捲回工程と前記端子接続工程との間に、前記捲回電極体を前記非水電解液に浸漬させ、当該捲回電極体への加圧と開放を繰り返すことによって前記捲回電極体の内部に前記非水電解液を浸透させる浸透工程が設けられている、非水電解液二次電池の製造方法。 - 前記浸透工程において前記捲回電極体を加圧する際の圧力が0.7kN/m2~1kN/m2に設定されている、請求項1に記載の非水電解液二次電池の製造方法。
- 前記浸透工程において前記捲回電極体を加圧する回数が3回~4回に設定されている、請求項1または2に記載の非水電解液二次電池の製造方法。
- 前記捲回電極体を加圧して扁平形状に成形する仮プレス工程と、
前記扁平形状の捲回電極体の扁平面を更に加圧し、前記捲回電極体を前記電池ケースに収容可能な厚さまで塑性変形させる本プレス工程と
を備えており、
前記仮プレス工程が前記捲回工程と前記浸透工程との間に設けられ、かつ、
前記本プレス工程が前記浸透工程と前記端子接続工程との間に設けられている、請求項1~3のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池の製造方法。 - 前記仮プレス工程において前記捲回電極体を加圧する際の圧力が0.1kN/m2~0.5kN/m2に設定されている、請求項4に記載の非水電解液二次電池の製造方法。
- 前記端子接続工程において、抵抗溶接またはレーザ溶接を用いて前記捲回電極体に前記電極端子を接続する、請求項1~5のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池の製造方法。
- 前記端子接続工程と前記密閉工程との間に、前記電池ケースと前記捲回電極体とを絶縁する箱型の絶縁フィルム内に前記捲回電極体を収容するフィルム収容工程が設けられている、請求項1~6のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池の製造方法。
- 前記フィルム収容工程において、前記捲回電極体の表面に板状のガイドプレートを接触させながら前記絶縁フィルム内に前記捲回電極体を挿入する、請求項7に記載の非水電解液二次電池の製造方法。
- 前記密閉工程において、前記絶縁フィルム内に収容された前記捲回電極体を重力方向の上側に配置し、かつ、前記電池ケースを重力方向の下側に配置する、請求項7または8に記載の非水電解液二次電池の製造方法。
- 前記密閉工程において、前記捲回電極体を前記電池ケースの内部に収容し始めるまで、前記電池ケースの上面開口を可動カバーで覆う、請求項9に記載の非水電解液二次電池の製造方法。
- 前記密閉工程において、前記電池ケースの上端面を端部カバーで覆った状態で、前記捲回電極体を電池ケースの内部に収容する、請求項9または10に記載の非水電解液二次電池の製造方法。
- 前記捲回電極体の幅寸法が200mm以上である、請求項1~11のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池の製造方法。
- 前記捲回電極体の高さ寸法が100mm以上である、請求項1~12のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池の製造方法。
- 前記捲回電極体の捲回数が35回以上である、請求項1~13のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池の製造方法。
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