JP2024021125A - 組電池の製造方法 - Google Patents

組電池の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2024021125A
JP2024021125A JP2022123731A JP2022123731A JP2024021125A JP 2024021125 A JP2024021125 A JP 2024021125A JP 2022123731 A JP2022123731 A JP 2022123731A JP 2022123731 A JP2022123731 A JP 2022123731A JP 2024021125 A JP2024021125 A JP 2024021125A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
value
negative electrode
mixture layer
electrode body
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
Application number
JP2022123731A
Other languages
English (en)
Inventor
貴昭 泉本
Takaaki Izumimoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Primearth EV Energy Co Ltd
Prime Planet Energy and Solutions Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Primearth EV Energy Co Ltd
Prime Planet Energy and Solutions Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Primearth EV Energy Co Ltd, Prime Planet Energy and Solutions Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2022123731A priority Critical patent/JP2024021125A/ja
Priority to CN202310905251.3A priority patent/CN117525524A/zh
Priority to US18/228,519 priority patent/US20240047730A1/en
Publication of JP2024021125A publication Critical patent/JP2024021125A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404—Machines for assembling batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/049—Processes for forming or storing electrodes in the battery container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0481—Compression means other than compression means for stacks of electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/446—Initial charging measures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/52—Removing gases inside the secondary cell, e.g. by absorption
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

【課題】単電池のばね定数の過剰な増加を抑制しつつ電極体から発生するガスを好適に排出可能とした組電池の製造方法を提供する。【解決手段】正極板と負極板とをセパレータを介して積層して電極体２０を形成する工程と、電極体２０をケース１１に収容して単電池１０を形成する工程と、複数の単電池１０に拘束荷重を加える拘束工程と、単電池１０を初充電する工程と、を含み、単位面積あたりの正極合剤層において、活物質の質量をＡ〔ｍｇ／ｃｍ２〕、空孔の体積をＣ〔ｃｍ３／ｃｍ２〕、単位面積あたりの負極合剤層において、活物質の質量をＢ〔ｍｇ／ｃｍ２〕、空孔の体積をＤ〔ｃｍ３／ｃｍ２〕、単位面積あたりのセパレータが含む空孔の体積をＥ〔ｃｍ３／ｃｍ２〕、拘束工程で単位面積あたりのケース側壁１１Ｂの対向部１１Ｂ１に作用する圧力をＦ〔Ｎ／ｍｍ２〕としたときに、（Ａ＋Ｂ）／｛（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）／Ｆ｝の値が１３００以上３０００以下である。【選択図】図５

Description

本発明は、複数の単電池を並べて配置した組電池の製造方法に関する。
二次電池の一例であるリチウムイオン二次電池は、組電池として構成された状態で車両駆動用の高出力電源等に広く用いられている。組電池は、電極体をケースに収容して構成された複数の単電池と、隣り合う単電池の間に１つずつ介在される複数のスペーサとを備える。組電池は、複数の単電池と複数のスペーサとが、拘束バンドによって単電池の配列方向に一定の拘束荷重を加えられた状態で拘束されている（特許文献１参照）。
特開２０１７－８４５５０号公報
単電池の充電時には、電極体が備える正負の合剤層からガスが発生する。合剤層から発生したガスは、合材層中の空孔やセパレータ中の空孔内に留まることで、電極体の内部抵抗を増加させる。充電時に単電池の電極体から発生するガスを電極体外に排出する観点では、拘束バンドによる拘束荷重を大きくすることで、ケースに収容された電極体に作用する圧力を高めることが好ましい。一方で、拘束バンドによる拘束荷重が過剰になると、ケースや電極体が塑性変形することで、単電池のばね定数が増加する。単電池のばね定数が高い状態では、温度変化や充放電に伴う単電池の収縮が生じると拘束荷重が大きく減少する。その結果、ケース内での単電池及び組電池の収容状態が不安定となるおそれがある。
上記課題を解決するための組電池の製造方法は、正極基材の相反する方向に面する２つの面に正極合剤層が塗工された正極板を形成する工程と、負極基材の相反する方向に面する２つの面に負極合剤層が塗工された負極板を形成する工程と、前記正極板と前記負極板とをセパレータを介して積層して、一対の平面部を有した偏平な電極体を形成する工程と、ケースが備えるケース側壁と前記電極体の前記平面部とが対向するように、前記電極体を前記ケースに収容して単電池を形成する工程と、複数の前記単電池が備える前記ケース側壁同士が互いに近接するように複数の前記単電池に拘束荷重を加える拘束工程と、前記単電池を初充電する工程と、を含み、前記拘束荷重を加える前の状態において、前記電極体の１つの層を構成する前記正極板について、前記正極基材の各面における単位面積あたりの前記正極合剤層が含む正極活物質の質量の和をＡ〔ｍｇ／ｃｍ２〕とし、前記正極基材の各面における単位面積あたりの前記正極合剤層が含む空孔の体積の和をＣ〔ｃｍ３／ｃｍ２〕とし、前記電極体の１つの層を構成する前記負極板について、前記負極基材の各面における単位面積あたりの前記負極合剤層が含む負極活物質の質量の和をＢ〔ｍｇ／ｃｍ２〕とし、前記負極基材の各面における単位面積あたりの前記負極合剤層が含む空孔の体積の和をＤ〔ｃｍ３／ｃｍ２〕とし、前記電極体の１つの層を構成する前記セパレータについて、単位面積あたりの前記セパレータが含む空孔の体積をＥ〔ｃｍ３／ｃｍ２〕とし、前記拘束工程において、前記ケース側壁のうち前記平面部と対向する対向部に対して、単位面積あたりに作用する圧力をＦ〔Ｎ／ｍｍ２〕としたときに、（Ａ＋Ｂ）／｛（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）／Ｆ｝の値が１３００以上３０００以下である。
正負の活物質量の和（Ａ＋Ｂ）は、充電時に電極体から発生するガスの量の指標となる。また、｛（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）／Ｆ｝の値は、拘束前の状態における電極体が含む空孔の体積を基準とした拘束荷重による空孔の体積の減少量の指標となる。すなわち、｛（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）／Ｆ｝の値は、拘束後の状態における電極体が含む空孔の体積の指標となる。したがって、拘束後の空孔体積の指標の値に対する電極体から発生するガスの量の指標の値の割合が上記の範囲を満たすように拘束荷重を決定することで、電極体から好適にガスを排出しつつ、単電池に対して過剰な圧力が作用することを抑制できる。
上記組電池の製造方法において、（Ａ＋Ｂ）／｛（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）／Ｆ｝の値が１５００以上２５００以下であることが好ましい。上記製造方法によれば、電極体から発生するガスの滞留に伴う単電池の電気抵抗値の増加を好適に抑制できる。
上記組電池の製造方法において、Ｂの値は、（Ａ＋Ｂ）の値に対して３７％以上４３％以下であることが好ましい。負極活物質は、正極活物質よりも充電時にガスを発生させ易い。Ｂの値を（Ａ＋Ｂ）の値の３７％以上４３％以下とすることで、負極活物質の必要量を確保しつつ、充電時に発生するガスの量が過剰に増加することを抑制できる。
上記組電池の製造方法において、Ｆの値は、０．４Ｎ／ｍｍ２以上０．９Ｎ／ｍｍ２以下であることが好ましい。上記製造方法によれば、単電池同士の拘束に伴う単電池のばね定数の過剰な増加を抑制しつつ、電極体から発生するガスを好適に排出できる。
本発明によれば、単電池のばね定数の過剰な増加を抑制しつつ、電極体から発生するガスを好適に排出できる。
図１は、組電池の斜視図である。 図２は、組電池を構成する単電池を示す斜視図である。 図３は、電極体を展開した状態を示す斜視図である。 図４は、電極体を展開した状態の断面構造を示す模式図である。 図５は、単電池とスペーサとを示す側面図である。 図６は、スペーサの正面図である。 図７は、組電池の製造方法を示すフローチャートである。 図８は、電極体の平面部と対向する視点から見た電極体の正面図である。 図９は、実施例１～６及び比較例１～４の各パラメータを示す表である。 図１０は、パラメータＧの値に対する初充電工程後の単電池の反応抵抗及びばね定数の関係を示すグラフである。
以下、組電池の一実施形態について図１～図１０を参照して説明する。
［組電池の構成］
図１に示すように、組電池１は、複数の単電池１０と、複数のスペーサ４０と、一対のエンドプレート５０と、複数の拘束バンド５１とを備える。複数の単電池１０は、所定の一方向である配列方向Ｘに配列される。一対のエンドプレート５０は、配列方向Ｘにおいて、組電池１の両端に配置される。各拘束バンド５１は、一対のエンドプレート５０を架橋するように取り付けられる。スペーサ４０は、配列方向Ｘにおいて、各単電池１０の間、及び、単電池１０とエンドプレート５０との間に１つずつ介在する。
エンドプレート５０は、複数の単電池１０と複数のスペーサ４０とを配列方向Ｘに挟み込む。拘束バンド５１の各端は、ビスによってエンドプレート５０に固定される。拘束バンド５１は、配列方向Ｘに所定の拘束荷重が加わるように取り付けられる。組電池１は、複数の単電池１０と複数のスペーサ４０とに対して、エンドプレート５０と拘束バンド５１とによって配列方向Ｘから拘束荷重が加えられることで一体的に保持される。本実施形態では、一対のエンドプレート５０と、複数の拘束バンド５１とによって拘束機構が構成されている。
［単電池の構成］
図２に示すように、単電池１０は、例えば、非水二次電池であって、一例としてリチウムイオン二次電池である。単電池１０は、ケース１１を備える。ケース１１は、収容部１１Ａと、蓋体１２とを備える。収容部１１Ａは、電極体２０と非水電解液とを収容する。収容部１１Ａは、上側に開口を有した偏平な有底角型（直方体形状）の外形を有する。
蓋体１２は、収容部１１Ａの開口を閉塞する。ケース１１は、収容部１１Ａに蓋体１２を取り付けることで密閉された電槽が構成される。収容部１１Ａは、配列方向Ｘにおいて、互いに向かい合うケース側壁１１Ｂを備える。ケース側壁１１Ｂは、組電池１の状態でスペーサ４０に押圧される平坦面を有する。収容部１１Ａ及び蓋体１２は、アルミニウム、もしくはアルミニウム合金等の金属で構成される。収容部１１Ａの厚み（板厚）は、概ね１ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下、例えば、０．４ｍｍである。
蓋体１２には、正極の外部端子１３Ａと、負極の外部端子１３Ｂとが設けられる。外部端子１３Ａ，１３Ｂは、電力の充放電に用いられる。電極体２０における正極側の端部である正極側集電部２０Ａは、正極の集電部材１４Ａを介して正極の外部端子１３Ａに電気的に接続される。電極体２０における負極側の端部である負極側集電部２０Ｂは、負極の集電部材１４Ｂを介して負極の外部端子１３Ｂに電気的に接続される。なお、外部端子１３Ａ，１３Ｂの形状は、図２に示す形状に限定されず、任意の形状であってよい。隣り合う単電池１０の正極の外部端子１３Ａと負極の外部端子１３Ｂとは、バスバー５２（図１参照）で電気的に接続されている。これにより、隣り合う単電池１０は、直列に電気接続されている。
なお、集電部材１４Ａ，１４Ｂと蓋体１２との間には、絶縁性を有したガスケットが配置される。ガスケットは、集電部材１４Ａ，１４Ｂと蓋体１２とを電気的に絶縁するとともに、集電部材１４Ａ，１４Ｂと蓋体１２との間をシールする。また、蓋体１２は、非水電解液を注入するための注入口１５を備える。
［電極体］
図３に示すように、電極体２０は、長尺の正極板２１と負極板２４とがセパレータ２７を介して積層した積層体を捲回した偏平な捲回体である。正極板２１、負極板２４、及びセパレータ２７は、それぞれの長手となる方向が長手方向Ｄ１と一致するように積層される。捲回前の積層体は、正極板２１、セパレータ２７、負極板２４、セパレータ２７の順に、積層方向（厚さ方向）に積層される。電極体２０は、セパレータ２７を挟んで積層された正極板２１と負極板２４とが、その帯形状の幅方向Ｄ２に延びる捲回軸Ｌ１周りに捲回された構造を有している。したがって、正極板２１及び負極板２４は、それぞれ電極体２０において複数の層を構成する。同様に、各セパレータ２７は、それぞれ電極体２０において複数の層を構成する。
［正極板］
図４に示すように、正極板２１は、正極基材２２と、正極合剤層２３とを備える。正極基材２２は、長尺状に形成された箔状の部材である。正極合剤層２３は、正極基材２２の相反する方向に面する２つの面の各々に設けられる。正極基材２２は、幅方向Ｄ２の一端に、正極合剤層２３が形成されずに正極基材２２が露出した正極側未塗工部２２Ａを備える。
正極基材２２は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金から構成される金属箔が用いられる。正極基材２２が備える正極側未塗工部２２Ａは、捲回体の状態において、向かい合う面が互いに圧接されて正極側集電部２０Ａを構成する。
正極合剤層２３は、液状体の正極合剤ペーストの硬化体である。正極合剤ペーストは、正極活物質、正極溶媒、正極導電材、及び、正極結着材を含む。正極合剤層２３は、正極合剤ペーストが乾燥されて正極溶媒が気化することで形成される。したがって、正極合剤層２３は、正極活物質、正極導電材、及び、正極結着材を含む。
正極活物質は、単電池１０における電荷担体であるリチウムイオンを吸蔵及び放出可能なリチウム含有複合金属酸化物が用いられる。リチウム含有複合酸化物は、リチウムと、リチウム以外の他の金属元素とを含む酸化物である。リチウム以外の他の金属元素は、例えば、ニッケル、コバルト、マンガン、バナジウム、マグネシウム、モリブデン、ニオブ、チタン、タングステン、アルミニウム、リチウム含有複合酸化物にリン酸鉄として含有される鉄からなる群から選択される少なくとも一種である。
例えば、リチウム含有複合酸化物は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）である。例えば、リチウム含有複合酸化物は、ニッケル、コバルト及びマンガンを含有する三元系リチウム含有複合酸化物である。例えば、三元系リチウム含有複合酸化物は、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム（ＬｉＮｉＣｏＭｎＯ２）である。例えば、リチウム含有複合酸化物は、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）である。
正極溶媒は、有機溶媒の一例であるＮＭＰ（Ｎ－メチル－２－ピロリドン）溶液が用いられる。正極導電材としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、カーボンナノチューブやカーボンナノファイバ等の炭素繊維、黒鉛が用いられる。正極結着材は、正極合剤ペーストに含まれる樹脂成分の一例である。正極結着材は、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）等が用いられる。
なお、正極板２１は、正極側未塗工部２２Ａと正極合剤層２３との境界に、絶縁層を備えてもよい。絶縁層は、絶縁性を有した無機成分と、結着材として機能する樹脂成分とを含む。無機成分は、粉末状のベーマイト、チタニア、及びアルミナからなる群から選択される少なくとも１つである。樹脂成分は、ＰＶＤＦ、ＰＶＡ、アクリルからなる群から選択される少なくとも１つである。
［負極板］
負極板２４は、負極基材２５と、負極合剤層２６とを備える。負極基材２５は、長尺状に形成された箔状の部材である。負極合剤層２６は、負極基材２５の相反する方向に面する２つの面の各々に設けられる。負極基材２５は、幅方向Ｄ２の一端であって、正極側未塗工部２２Ａと反対に位置する端部において、負極合剤層２６が形成されずに負極基材２５が露出した負極側未塗工部２５Ａを備える。
負極基材２５は、銅または銅を主成分とする合金から構成される金属箔が用いられる。負極側未塗工部２５Ａは、捲回体の状態において、向かい合う面が互いに圧接されて負極側集電部２０Ｂを構成する。
負極合剤層２６は、液状体の負極合剤ペーストの硬化体である。負極合剤ペーストは、負極活物質、負極溶媒、負極分散材、及び、負極結着材を含む。負極合剤層２６は、負極合剤ペーストが乾燥されて負極溶媒が気化することで形成される。したがって、負極合剤層２６は、負極活物質、負極分散材、及び、負極結着材を含む。なお、負極合剤層２６は、導電材のような添加剤をさらに含んでもよい。
負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な材料である。負極活物質は、例えば、黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、カーボンナノチューブ等の炭素材料等が用いられる。負極溶媒は、一例として、水である。負極分散材は、一例として、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を用いることができる。負極結着材は、正極結着材と同様のものを用いることができる。負極結着材は、一例としてＳＢＲである。
［セパレータ］
セパレータ２７は、正極板２１と負極板２４との接触を防ぐとともに、正極板２１及び負極板２４の間で非水電解液を保持する。非水電解液に電極体２０を浸漬させると、セパレータ２７の端部から中央部に向けて非水電解液が浸透する。
セパレータ２７は、ポリプロピレン製等の不織布である。セパレータ２７としては、例えば、多孔性ポリエチレン膜、多孔性ポリオレフィン膜、多孔性ポリ塩化ビニル膜等の多孔性ポリマー膜、及びイオン導電性ポリマー電解質膜等を用いることができる。
［非水電解液］
非水電解液は、非水溶媒に支持塩が含有された組成物である。非水溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートからなる群から選択された一種または二種以上の材料である。支持塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＩ等から選択される一種または二種以上のリチウム化合物（リチウム塩）である。
本実施形態では、非水溶媒としてエチレンカーボネートを採用している。非水電解液には、添加剤としてのリチウム塩としてのリチウムビスオキサレートボレート（ＬｉＢＯＢ）が添加される。例えば、非水電解液におけるＬｉＢＯＢの濃度が０．００１以上０．１以下［ｍｏｌ／Ｌ］となるように、非水電解液にＬｉＢＯＢを添加する。
図５に示すように、電極体２０は、捲回体の湾曲部分が上下に並ぶように、捲回軸Ｌ１が収容部１１Ａの底面に平行に延在する状態で配置される。捲回軸Ｌ１は、電極体２０がケース１１に収容された状態で、上下方向において、電極体２０のほぼ中心に位置する。
電極体２０は、偏平部３１と、上湾曲部３２と、下湾曲部３３とを備える。偏平部３１は、相反する方向に面する一対の平面部３１Ｓを備える。上湾曲部３２は、偏平部３１の上部に位置する。上湾曲部３２は、偏平部３１の上端から上側に膨らむように、一対の平面部３１Ｓの上縁を繋ぐ湾曲面を備える。下湾曲部３３は、偏平部３１の下部に位置する。下湾曲部３３は、偏平部３１の下端から下側に膨らむように、一対の平面部３１Ｓの下縁を繋ぐ湾曲面を備える。
電極体２０は、下湾曲部３３が収容部１１Ａの底面側に位置し、かつ、上湾曲部３２が蓋体１２側に位置するようにケース１１内に収容される。ケース側壁１１Ｂは、対向部１１Ｂ１を備える。対向部１１Ｂ１は、ケース側壁１１Ｂのなかで平面部３１Ｓと対向する部分である。組電池１の状態では、隣り合う単電池１０が備えるケース側壁１１Ｂ同士が互いに近接するように、複数の単電池１０に拘束荷重が加えられる。
［スペーサ］
図５に示すように、スペーサ４０は、基板部４１と、突出部４２とを備える。基板部４１は、一例として矩形平板で構成される。突出部４２は、一例として、基板部４１の一方の面に櫛歯状に並んで設けられる複数のリブである。突出部４２の先端面は、隣り合う単電池１０の一方が備えるケース側壁１１Ｂと面接触し得るように平面、かつ、基板部４１の一方の面からの高さが同じになるように構成されている。また、基板部４１の他方の面は、隣り合う単電池１０の他方が備えるケース側壁１１Ｂに押し当てられる押し当て面である。スペーサ４０は、拘束荷重が加えられた状態で、ケース側壁１１Ｂの対向部１１Ｂ１を介して電極体２０を押圧する。
図６に示すように、突出部４２は、ケース側壁１１Ｂに押し当てられた状態で、各リブの間に通風路４３を構成する。通風路４３は、単電池１０を冷却するための冷却風ＣＷが通過する流路となる。スペーサ４０は、通風路４３の下方から冷却風ＣＷが流入し、かつ、通風路４３の側方から外側に向かって冷却風ＣＷが排出されるように、突出部４２が配置される。
［組電池の製造方法］
図７に示すように、組電池１の製造方法は、ステップＳ１～Ｓ７を含む。
ステップＳ１は、正極板２１及び負極板２４のそれぞれを製造する源泉工程である。正極板２１の製造工程は、正極基材２２の相反する方向に面する２つの面において、幅方向Ｄ２の両端に正極側未塗工部２２Ａを構成するように正極合剤ペーストを塗工する。その後、正極合剤ペーストを乾燥させて正極合剤層２３を形成する。次いで、正極基材２２の両面に形成された正極合剤層２３を押圧することで、正極合剤層２３の厚みを調整する。その後、正極基材２２を幅方向Ｄ２の中央で切断する。以上の工程によって、一度に２条の正極板２１が製造される。
負極板２４の製造工程は、負極基材２５の相反する方向に面する２つの面において、幅方向Ｄ２の両端に負極側未塗工部２５Ａを構成するように負極合剤ペーストを塗工する。その後、負極合剤ペーストを乾燥させて負極合剤層２６を形成する。次いで、負極基材２５の両面に形成された負極合剤層２６を押圧することで、負極合剤層２６の厚みを調整する。その後、負極基材２５を幅方向Ｄ２の中央で切断する。以上の工程によって、一度に２条の負極板２４が製造される。
ステップＳ２は、正極板２１、負極板２４、及びセパレータ２７を用いて電極体２０を製造する工程である。具体的に、正極板２１と負極板２４とをセパレータ２７を介して積層した後、捲回し、さらに偏平に押圧する。その後、正極側未塗工部２２Ａを圧接して正極側集電部２０Ａを形成するとともに、負極側未塗工部２５Ａを圧接して負極側集電部２０Ｂを形成する。以上の手順により、ステップＳ２において、電極体２０が製造される。
ステップＳ３は、電極体２０をケース１１内に収容する封缶工程である。このとき、正極側集電部２０Ａは、正極側集電部材１４Ａを介して正極の外部端子１３Ａと電気的に接続される。負極側集電部２０Ｂは、負極側集電部材１４Ｂを介して負極の外部端子１３Ｂと電気的に接続される。収容部１１Ａの上部は、蓋体１２によって塞がれる。
ステップＳ４は、加熱処理によって電極体２０の水分を除去する乾燥工程と、ケース１１内に非水電解液を注入する注液工程である。以上の手順により、単電池１０が組み立てられる。
ステップＳ５は、複数の単電池１０と、複数のスペーサ４０と、一対のエンドプレート５０とを複数の拘束バンド５１を用いて拘束する拘束工程である。複数の単電池１０は、ケース側壁１１Ｂが配列方向Ｘと直交するように配置される。各スペーサ４０は、配列方向Ｘにおいて、各単電池１０の間、及び、単電池１０とエンドプレート５０との間に１つずつ介在する。各エンドプレート５０は、複数の単電池１０と複数のスペーサ４０とを配列方向Ｘに挟み込む。拘束バンド５１は、配列方向Ｘに所定の拘束荷重が加わるように取り付けられる。その後、バスバー５２によって隣り合う単電池１０の正極の外部端子１３Ａと負極の外部端子１３Ｂとを電気的に接続する。これにより、組電池１が構成される。
ステップＳ６は、組電池１を構成する各単電池１０を充電する初充電工程である。ステップＳ７は、初充電工程を経た組電池１を高温下で一定期間静置するエージング工程である。エージング工程によって、単電池１０のなかの金属異物を溶解させるとともにＳＥＩ被膜を安定化させる。その後、検査等を経たうえで、組電池１の製造工程が完了する。
［拘束荷重の決定方法］
以下、ステップＳ５における拘束荷重の決定方法について説明する。
ステップＳ６の初充電工程のような単電池１０の充電時には、電極体２０が含む正極活物質及び負極活物質からガスが発生する。充電時に電極体２０から発生するガスの量は、電極体２０が含む正極活物質の質量、及び、負極活物質の質量のそれぞれに対して正の相関を有する。したがって、正極活物質の質量と負極活物質の質量との和が増えるほど、充電時に電極体２０から発生するガスの量が多くなる。
電極体２０から発生するガスは、正極合剤層２３中の空孔、負極合剤層２６中の空孔、及びセパレータ２７中の空孔内に留まることで、電極体２０の内部抵抗を増加させる。そのため、充電時に電極体２０から発生するガスを電極体２０外に排出する観点から、ステップＳ５における拘束荷重を大きくすることで、電極体２０に作用する圧力を高めることが好ましい。これにより、正極合剤層２３、負極合剤層２６、及びセパレータ２７のそれぞれが含む空孔の体積を小さくすることで、充電時に電極体２０から発生するガスが電極体２０内に滞留することを抑制できる。
一方で、拘束荷重が過剰になると、セパレータ２７の過剰な圧縮に伴ってセパレータ２７が含む非水電解液が電極体２０外に排出されることで、電極体２０中の内部抵抗が増加するおそれがある。また、拘束荷重が過剰になると、ケース１１や電極体２０が塑性変形することで、単電池１０のばね定数が増加する。単電池１０のばね定数が高い状態では、温度変化や充放電に伴って単電池１０が配列方向Ｘに収縮すると、拘束荷重が大きく減少するため複数の単電池１０同士の拘束が不安定となる。そのため、拘束荷重は、電極体２０からガスを十分に排出できる程度の圧力が電極体２０に作用し、かつ、ケース１１及び電極体２０が過剰に圧縮されない程度の大きさであることが求められる。
ステップＳ５における拘束荷重は、以下のＡ～Ｆのパラメータを用いて表されるＧの値が所定の数値範囲内となるように決定される。Ｇの値は、Ｇ＝（Ａ＋Ｂ）／｛（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）／Ｆ｝として表される。
以下、Ａ～Ｆの各パラメータについて説明する。Ａの値は、拘束前（ステップＳ１以降かつステップＳ４までの間）の状態において、電極体２０の１つの層を構成する正極板２１について正極基材２２の各面における単位面積あたりの正極合剤層２３が含む正極活物質の質量の和〔ｍｇ／ｃｍ２〕である。Ｂの値は、拘束前の状態において、電極体２０の１つの層を構成する負極板２４について負極基材２５の各面における単位面積あたりの負極合剤層２６が含む負極活物質の質量の和〔ｍｇ／ｃｍ２〕である。（Ａ＋Ｂ）の値は、充電時に電極体２０から発生するガスの量と正の相関を有することから、充電時に発生するガスの量の指標として用いることができる。
Ａの値は、例えば、ステップＳ１において、正極板２１を作製する際の単位面積あたりの正極合剤層２３の目付量〔ｍｇ／ｃｍ２〕と、正極合剤層２３中の正極活物質の質量比とを用いて算出できる。同様に、Ｂの値は、例えば、ステップＳ１において、負極板２４を作製する際の単位面積あたりの負極合剤層２６の目付量〔ｍｇ／ｃｍ２〕と、負極合剤層２６中の負極活物質の質量比とを用いて算出できる。
Ｂの上限値は、一例として、（Ａ＋Ｂ）の値に対して４３％以下、好ましくは４１％以下である。負極活物質は、正極活物質よりも充電時にガスを発生させ易い。そのため、Ｂの値を上記の上限値以下とすることで、充電時に発生するガスの量が過剰に増加することを抑制できる。また、Ｂの下限値は、負極活物質の必要量を確保する観点から、一例として（Ａ＋Ｂ）の値に対して３７％以上、好ましくは３９％以上である。Ｂの値は、一例として、（Ａ＋Ｂ）の値に対して４０％である。
単電池１０の充電時に発生するガスは、正極活物質の表面及び負極活物質の表面から生じる。正極活物質の表面積は、正極活物質の質量と正の相関を有する。同様に、負極活物質の表面積は、負極活物質の質量と正の相関を有する。電極体２０の状態において、正極活物質の粒径（メジアン径Ｄ５０）は、一例として、２．８μｍ以上６．２μｍ以下である。電極体２０の状態において、負極活物質の粒径（メジアン径Ｄ５０）は、一例として、６．６μｍ以上１１．９μｍ以下である。正極活物質の粒径及び負極活物質の粒径が上記の範囲にある状態は、正極活物質の質量と負極活物質の質量との和が、充電時に電極体２０から発生するガスの量に対して正の相関を有する状態の一例である。
Ｃの値は、拘束前の状態において、電極体２０の１つの層を構成する正極板２１について正極基材２２の各面における単位面積あたりの正極合剤層２３が含む空孔の体積の和〔ｃｍ３／ｃｍ２〕である。Ｄの値は、拘束前の状態において、電極体２０の１つの層を構成する負極板２４について負極基材２５の各面における単位面積あたりの負極合剤層２６が含む空孔の体積の和〔ｃｍ３／ｃｍ２〕である。
Ｃの値は、拘束前の状態において、正極基材２２の各面における単位面積あたりの正極合剤層２３の体積及び目付け量、並びに、正極合剤層２３を構成する各成分の密度及び重量割合を用いて求めることができる。一例として、正極合剤層２３において、正極活物質、正極導電材、及び正極結着材がａ：ｂ：ｃの重量比（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）である場合のＣの値の算出方法について説明する。このときの正極活物質、正極導電材、及び正極結着材のそれぞれの密度をρａ、ρｂ、及びρｃ〔ｍｇ／ｃｍ３〕とする。また、正極基材２２の各面における単位面積あたりの正極合剤層２３の体積の和をＶ〔ｃｍ３／ｃｍ２〕とする。さらに、正極基材２２の各面における単位面積あたりの正極合剤層２３の目付量の和をＭ〔ｍｇ／ｃｍ２〕とする。この場合、Ｃ＝Ｖ－（Ｍ×ａ／ρａ＋Ｍ×ｂ／ρｂ＋Ｍ×ｃ／ρｃ）として算出できる。なお、Ｄの値もＣの値と同様の考え方で算出できる。
Ｅの値は、拘束前の状態において、電極体２０の１つの層を構成するセパレータ２７について、単位面積あたりのセパレータ２７が含む空孔の体積〔ｃｍ３／ｃｍ２〕である。Ｅの値は、拘束前の状態において、単位面積あたりのセパレータ２７の体積、重量、及び密度を用いて算出できる。
Ｆの値は、単電池１０に対してステップＳ５における拘束荷重が付与された状態で、ケース側壁１１Ｂのなかで平面部３１Ｓと対向する対向部１１Ｂ１に作用する圧力〔Ｎ／ｍｍ２〕の値である。対向部１１Ｂ１の面積は、平面部３１Ｓの面積と一致する。したがって、Ｅの値は、拘束荷重を平面部３１Ｓの面積で除した値となる。
ここで、図８を参照して平面部３１Ｓの詳細について説明する。図８に示すように、電極体２０が備える平面部３１Ｓは、偏平部３１のうち正極側集電部２０Ａ及び負極側集電部２０Ｂ以外の部分である。すなわち、平面部３１Ｓは、正極合剤層２３または負極合剤層２６の何れか、もしくはセパレータ２７のうち正極合剤層２３または負極合剤層２６と接する部分によって構成される。拘束荷重が加えられた単電池１０は、ケース側壁１１Ｂと平面部３１Ｓとが接する状態となる。なお、図８では、平面部３１Ｓにドットを付して示す。
正極合剤層２３、負極合剤層２６、及びセパレータ２７の各々が含む空孔は、電極体２０に拘束荷重が作用することで体積が減少する。したがって、｛（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）／Ｆ｝の値は、拘束前の状態における正極合剤層２３、負極合剤層２６、及びセパレータ２７の各々が含む空孔の体積を基準とした拘束荷重による空孔の体積の減少量の指標となる。すなわち、｛（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）／Ｆ｝の値は、拘束後の状態における正極合剤層２３、負極合剤層２６、及びセパレータ２７の各々が含む空孔の体積の指標となる。
以上より、Ｇの値は、拘束後の空孔体積の指標である｛（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）／Ｆ｝に対する電極体２０から発生するガスの量の指標である（Ａ＋Ｂ）の割合である。したがって、Ｇの値は、電極体２０から好適にガスを排出するために必要な拘束荷重を決定するための指標となる。言い換えれば、Ｇの値は、電極体２０に適切な大きさの荷重が作用しているか否かの指標となる。
Ｇの下限値は、１３００以上、好ましくは１４８３以上、より好ましくは１５００以上である。Ｇの値を上記の下限値以上とすることで、電極体２０から好適にガスを排出できる。Ｇの上限値は、３０００以下、好ましくは２５２３以下、より好ましくは２５００以下である。Ｇの値を上記の上限値以下とすることで、電極体２０、ひいては単電池１０に対して過剰な圧力が作用することを抑制できる。したがって、Ｇの値が上記の下限値と上限値との範囲内であれば、電極体２０に対して適切な大きさの拘束荷重が作用した状態となる。すなわち、Ｇの値が上記の範囲を満たすように拘束荷重を決定することで、電極体２０から好適にガスを排出しつつ、単電池１０に対して過剰な圧力が作用することを抑制できる。
Ｆの値は、一例として、０．４Ｎ／ｍｍ２以上０．９Ｎ／ｍｍ２以下、より好ましくは０．４１Ｎ／ｍｍ２以上０．８３Ｎ／ｍｍ２以下である。Ｆの値を上記範囲内とすることで、単電池１０同士の拘束に伴う単電池１０のばね定数の過剰な増加を抑制しつつ、電極体２０から発生するガスを好適に排出できる。言い換えれば、Ｆの値が上記範囲内であるときに、Ｇの値が１３００以上３０００以下、好ましくは１４８３以上２５２３以下、より好ましくは１５００以上２５００以下となるように単電池１０を構成することが好ましい。
［実施例］
以下、実施例１～６及び比較例１～４を用いてＧの値に対するステップＳ６の初充電工程後の単電池１０の反応抵抗及び単電池１０のばね定数の関係について説明する。なお、以下の実施例は、上記実施形態の効果を説明するための一例であって、本発明を限定するものではない。
図９には、実施例１～６及び比較例１～４におけるパラメータＡ、Ｂ、Ｆ、及びＧの値、並びに（Ａ＋Ｂ）、（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）、及びＢ／（Ａ＋Ｂ）の値を示す。合わせて、パラメータＣ、Ｄ、及びＥを算出するために用いた正極合剤層２３、負極合剤層２６、及びセパレータ２７のそれぞれの厚さを図９中の表に示す。また、実施例１～６及び比較例１～４におけるステップＳ６の初充電工程後の単電池１０の反応抵抗及び単電池１０のばね定数を図９中の表、及び図１０のグラフ１００に示す。
［実施例１］
実施例１では、（Ａ＋Ｂ）の値が１８．３５ｍｇ／ｃｍ２、（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）の値が０．００６８１ｃｍ３／ｃｍ２であった。また、実施例１では、Ｆの値を０．５５Ｎ／ｍｍに設定した。Ｇの値は、１４８３であった。Ｂ／（Ａ＋Ｂ）の値は、４０．７％であった。
［実施例２］
実施例２では、（Ａ＋Ｂ）の値が１８．７９ｍｇ／ｃｍ２、（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）の値が０．００６１５ｃｍ３／ｃｍ２であった。また、実施例２では、Ｆの値を０．５５Ｎ／ｍｍに設定した。Ｇの値は、１６８２であった。Ｂ／（Ａ＋Ｂ）の値は、４０．５％であった。
［実施例３］
実施例３では、（Ａ＋Ｂ）の値が１８．７９ｍｇ／ｃｍ２、（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）の値が０．００６１５ｃｍ３／ｃｍ２であった。また、実施例３では、Ｆの値を０．６９Ｎ／ｍｍに設定した。Ｇの値は、２１０３であった。Ｂ／（Ａ＋Ｂ）の値は、４０．５％であった。
［実施例４］
実施例４では、（Ａ＋Ｂ）の値が１８．６４ｍｇ／ｃｍ２、（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）の値が０．００６０６ｃｍ３／ｃｍ２であった。また、実施例４では、Ｆの値を０．６９Ｎ／ｍｍに設定した。Ｇの値は、２１１７であった。Ｂ／（Ａ＋Ｂ）の値は、４０．０％であった。
［実施例５］
実施例５では、（Ａ＋Ｂ）の値が１８．７９ｍｇ／ｃｍ２、（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）の値が０．００６１５ｃｍ３／ｃｍ２であった。また、実施例５では、Ｆの値を０．８３Ｎ／ｍｍに設定した。Ｇの値は、２５２３であった。Ｂ／（Ａ＋Ｂ）の値は、４０．５％であった。
［実施例６］
実施例６では、（Ａ＋Ｂ）の値が１８．８４ｍｇ／ｃｍ２、（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）の値が０．００５８２ｃｍ３／ｃｍ２であった。また、実施例６では、Ｆの値を０．４１Ｎ／ｍｍに設定した。Ｇの値は、１３３７であった。Ｂ／（Ａ＋Ｂ）の値は、３９．８％であった。
［比較例１］
比較例１では、（Ａ＋Ｂ）の値が１８．７７ｍｇ／ｃｍ２、（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）の値が０．００５９９ｃｍ３／ｃｍ２であった。また、比較例１では、Ｆの値を０．２８Ｎ／ｍｍに設定した。Ｇの値は、８６６であった。Ｂ／（Ａ＋Ｂ）の値は、４０．８％であった。
［比較例２］
比較例２では、（Ａ＋Ｂ）の値が１８．７７ｍｇ／ｃｍ２、（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）の値が０．００６０１ｃｍ３／ｃｍ２であった。また、比較例２では、Ｆの値を０．４１Ｎ／ｍｍに設定した。Ｇの値は、１２９２であった。Ｂ／（Ａ＋Ｂ）の値は、４０．８％であった。
［比較例３］
比較例３では、（Ａ＋Ｂ）の値が１８．５３ｍｇ／ｃｍ２、（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）の値が０．００６４８ｃｍ３／ｃｍ２であった。また、比較例３では、Ｆの値を１．１０Ｎ／ｍｍに設定した。Ｇの値は、３１５９であった。Ｂ／（Ａ＋Ｂ）の値は、４０．６％であった。
［比較例４］
比較例４では、（Ａ＋Ｂ）の値が１９．０７ｍｇ／ｃｍ２、（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）の値が０．００５６５ｃｍ３／ｃｍ２であった。また、比較例４では、Ｆの値を１．１０Ｎ／ｍｍに設定した。Ｇの値は、３７２８であった。Ｂ／（Ａ＋Ｂ）の値は、４１．２％であった。
［評価］
図１０に示すように、グラフ１００中にプロットされた点Ｐ１１～Ｐ１６は、実施例１～６におけるＧの値に対する初充電工程後の単電池１０の反応抵抗〔ｍΩ〕を表す。グラフ１００中にプロットされた点Ｐ２１～Ｐ２４は、比較例１～４におけるＧの値に対する初充電工程後の単電池１０の反応抵抗〔ｍΩ〕を表す。グラフ１００中の曲線１０１は、複数の点Ｐ１１～Ｐ１６及び点Ｐ２１～Ｐ２４に基づく近似曲線であって、Ｇの値に対する単電池１０の反応抵抗の変化を表す近似曲線である。
グラフ１００中にプロットされた点Ｐ３１～Ｐ３６は、実施例１～６におけるＧの値に対する初充電工程後の単電池１０のばね定数〔ｋＮ／ｍｍ〕を表す。グラフ１００中にプロットされた点Ｐ４１～Ｐ４４は、比較例１～４におけるＧの値に対する初充電工程後の単電池１０のばね定数〔ｋＮ／ｍｍ〕を表す。グラフ１００中の曲線１０２は、複数の点Ｐ３１～Ｐ３６及び点Ｐ４１～Ｐ４４に基づく近似曲線であって、Ｇの値に対する単電池１０のばね定数の変化を表す近似曲線である。なお、単電池１０のばね定数とは、単電池１０の対向部１１Ｂ１に対して配列方向Ｘの荷重を作用させた際のケース１１及び電極体２０を含めた単電池１０全体のばね定数を意味する。
Ｇの値が１３００以上３０００以下を満たす実施例１～６では、ステップＳ６の初充電工程後の単電池１０の反応抵抗が３９．４ｍΩから４２．０ｍΩであった。特に、Ｇの値が１４８３以上２５２３以下を満たす実施例１～５では、ステップＳ６の初充電工程後の単電池１０の反応抵抗が３９．４ｍΩから４０．１ｍΩであった。
これに対して、Ｇの値が１３００未満である比較例１では、反応抵抗が４７．６ｍΩ、比較例２では、反応抵抗が４５．５ｍΩであった。すなわち、比較例１、２では、実施例１～６と比較して反応抵抗の増加が確認された。比較例１、２における反応抵抗の増加は、電極体２０に作用する拘束荷重が不十分であったことで、充電時に電極体２０から発生したガスが電極体２０内に留まることで、電極体２０の内部抵抗が増加したことに起因する。
また、Ｇの値が３０００超である比較例３では、反応抵抗が４７．９ｍΩ、比較例４では、反応抵抗が４８．８ｍΩであった。すなわち、比較例３、４では、実施例１～６と比較して反応抵抗の増加が確認された。比較例３、４における反応抵抗の増加は、電極体２０に作用する拘束荷重が過剰であったことで、セパレータ２７の過剰な圧縮に伴って非水電解液が電極体２０外に排出されたため、電極体２０中の内部抵抗が増加したことに起因する。
実施例１～６では、ステップＳ６の初充電工程後の単電池１０のばね定数が１７８．５ｋＮ／ｍｍから１８７．９ｋＮ／ｍｍであった。比較例１、２では、単電池１０のばね定数が実施例１～６と同程度であった。これに対して、Ｇの値が３０００超である比較例３では、単電池１０のばね定数が１８８．８ｋＮ／ｍｍであった。すなわち、比較例３では、単電池１０のばね定数のわずかな増加が確認された。そして、Ｇの値が最大である比較例４では、単電池１０のばね定数が２０５．３ｋＮ／ｍｍであった。すなわち、比較例４では、実施例１～６と比較して単電池１０のばね定数の大幅な増加が確認された。比較例３、４における単電池１０のばね定数の増加は、電極体２０に作用する拘束荷重が過剰であったことで、ケース１１及び電極体２０に過剰な塑性変形が生じたことに起因する。
以上より、Ｇの値が１３００以上３０００以下の範囲内になるように拘束荷重を決定することで、電極体２０中の内部抵抗の増加を抑制しつつ、単電池１０のばね定数の増加を抑制できることが確認された。特に、Ｇの値が１４８３以上２５２３以下の範囲内になるように拘束荷重を決定することで、電極体２０の内部抵抗の増加をより好適に抑制できることが確認された。
［実施形態の効果］
上記実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）Ｇの値が１３００以上３０００以下の範囲内になるように拘束荷重を決定することで、電極体２０から好適にガスを排出しつつ、単電池１０に対して過剰な圧力が作用することを抑制できる。したがって、単電池１０のばね定数の過剰な増加を抑制しつつ、電極体２０の内部抵抗の増加を抑制できる。
（２）Ｇの値が１４８３以上２５２３以下、より好ましくは１５００以上２５００以下の範囲内になるように拘束荷重を決定することで、電極体２０の内部抵抗の増加をより好適に抑制できる。
（３）Ｂの値が（Ａ＋Ｂ）の値に対して３７％以上４３％以下、好ましくは３９％以上４１％以下であることで、負極活物質の必要量を確保しつつ、充電時に発生するガスの量が過剰に増加することを抑制できる。
（４）Ｆの値を０．４Ｎ／ｍｍ２以上０．９Ｎ／ｍｍ２以下、より好ましくは０．４１Ｎ／ｍｍ２以上０．８３Ｎ／ｍｍ２以下とすることで、単電池１０のばね定数の過剰な増加を抑制しつつ、電極体２０から発生するガスを好適に排出できる。
［変更例］
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。
・Ｇの値が１３００以上３０００以下の範囲内になるのであれば、Ｆの値が０．４Ｎ／ｍｍ２未満であってもよいし、０．９Ｎ／ｍｍ２超であってもよい。
・Ｇの値が１３００以上３０００以下の範囲内であり、かつ、電極体２０の内部抵抗が過剰に増加しないのであれば、Ｂの値が（Ａ＋Ｂ）の値に対して３７％未満であってもよいし、４３％超であってもよい。
・単電池１０のばね定数が過剰に増加せず、かつ、電極体２０の内部抵抗が過剰に増加しないのであれば、Ｇの値が１３００以上１４８３未満であってもよいし、Ｇの値が２５２３超３０００以下であってもよい。
・組電池１は、複数の単電池１０の間にスペーサ４０を備えなくてもよい。この場合、組電池１の状態において、隣り合う単電池１０が備えるケース側壁１１Ｂ同士が接するように拘束される。この場合であっても、各単電池１０において、ケース側壁１１Ｂのうち電極体２０と対向する対向部１１Ｂ１に対して主として拘束荷重が作用する。
・電極体２０は、捲回体ではなく、正極板２１と負極板２４とをセパレータ２７を介して積層した積層体をケース１１に収容したものであってもよい。この場合、電極体２０は、上湾曲部３２や下湾曲部３３が存在しないことになる。
・単電池１０は、自動搬送機や荷役用の特殊自動車、電気自動車、ハイブリッド自動車等の他、コンピュータ、その他の電子機器に搭載されるものであってもよく、これ以外のシステムを構成するものであってもよい。例えば、船舶、航空機等の移動体に設けられるものであってもよく、発電所から変電所等を介して二次電池が設置されたビルや家庭等に電力を供給する電力供給システムであってもよい。
１…組電池
１０…単電池
１１…ケース
１１Ｂ…ケース側壁
１１Ｂ１…対向部
２０…電極体
２１…正極板
２２…正極基材
２３…正極合剤層
２４…負極板
２５…負極基材
２６…負極合剤層
２７…セパレータ
３１…偏平部
３１Ｓ…平面部
３２…上湾曲部
３３…下湾曲部
４０…スペーサ

Claims (4)

  1. 正極基材の相反する方向に面する２つの面に正極合剤層が塗工された正極板を形成する工程と、
    負極基材の相反する方向に面する２つの面に負極合剤層が塗工された負極板を形成する工程と、
    前記正極板と前記負極板とをセパレータを介して積層して、一対の平面部を有した偏平な電極体を形成する工程と、
    ケースが備えるケース側壁と前記電極体の前記平面部とが対向するように、前記電極体を前記ケースに収容して単電池を形成する工程と、
    複数の前記単電池が備える前記ケース側壁同士が互いに近接するように、複数の前記単電池に拘束荷重を加える拘束工程と、
    前記単電池を初充電する工程と、を含み、
    前記拘束荷重を加える前の状態において、
    前記電極体の１つの層を構成する前記正極板について、前記正極基材の各面における単位面積あたりの前記正極合剤層が含む正極活物質の質量の和をＡ〔ｍｇ／ｃｍ２〕とし、前記正極基材の各面における単位面積あたりの前記正極合剤層が含む空孔の体積の和をＣ〔ｃｍ３／ｃｍ２〕とし、
    前記電極体の１つの層を構成する前記負極板について、前記負極基材の各面における単位面積あたりの前記負極合剤層が含む負極活物質の質量の和をＢ〔ｍｇ／ｃｍ２〕とし、前記負極基材の各面における単位面積あたりの前記負極合剤層が含む空孔の体積の和をＤ〔ｃｍ３／ｃｍ２〕とし、
    前記電極体の１つの層を構成する前記セパレータについて、単位面積あたりの前記セパレータが含む空孔の体積をＥ〔ｃｍ３／ｃｍ２〕とし、
    前記拘束工程において、前記ケース側壁のうち前記平面部と対向する対向部に対して、単位面積あたりに作用する圧力をＦ〔Ｎ／ｍｍ２〕としたときに、
    （Ａ＋Ｂ）／｛（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）／Ｆ｝の値が１３００以上３０００以下である
    組電池の製造方法。
  2. （Ａ＋Ｂ）／｛（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）／Ｆ｝の値が１５００以上２５００以下である
    請求項１に記載の組電池の製造方法。
  3. Ｂの値は、（Ａ＋Ｂ）の値に対して３７％以上４３％以下である
    請求項１または２に記載の組電池の製造方法。
  4. Ｆの値は、０．４Ｎ／ｍｍ２以上０．９Ｎ／ｍｍ２以下である
    請求項３に記載の組電池の製造方法。
JP2022123731A 2022-08-03 2022-08-03 組電池の製造方法 Pending JP2024021125A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022123731A JP2024021125A (ja) 2022-08-03 2022-08-03 組電池の製造方法
CN202310905251.3A CN117525524A (zh) 2022-08-03 2023-07-21 电池组的制造方法
US18/228,519 US20240047730A1 (en) 2022-08-03 2023-07-31 Method for manufacturing battery pack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022123731A JP2024021125A (ja) 2022-08-03 2022-08-03 組電池の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024021125A true JP2024021125A (ja) 2024-02-16

Family

ID=89755606

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022123731A Pending JP2024021125A (ja) 2022-08-03 2022-08-03 組電池の製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20240047730A1 (ja)
JP (1) JP2024021125A (ja)
CN (1) CN117525524A (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
US20240047730A1 (en) 2024-02-08
CN117525524A (zh) 2024-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6567280B2 (ja) 非水電解質二次電池及び製造方法
JP5257700B2 (ja) リチウム二次電池
US9660240B2 (en) Secondary battery including separator containing electroconductive porous layer sandwiched between electroconductive material-free porous layers
JP6424426B2 (ja) 組電池
US11749832B2 (en) Methods for pre-lithiating lithium ion batteries
KR20170026610A (ko) 비수계 이차 전지
JP6287185B2 (ja) 非水電解質二次電池及び非水電解質二次電池の製造方法
JP2013201077A (ja) 非水電解質二次電池
JP3589021B2 (ja) リチウムイオン二次電池
US20140017547A1 (en) Additive for electrolytes in rechargeable lithium ion batteries
JP5999433B2 (ja) 非水電解液二次電池及びその製造方法
WO2019098056A1 (ja) リチウムイオン二次電池
JP6287186B2 (ja) 非水電解質二次電池
JP2018006289A (ja) 非水電解質二次電池
US9406924B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
US9865878B2 (en) Energy storage device
WO2013137285A1 (ja) 非水電解質二次電池
JP2018147752A (ja) 蓄電素子及びその製造方法
JP2014130729A (ja) 非水電解液二次電池の製造方法
JP7147157B2 (ja) 蓄電素子
CN111435729B (zh) 锂离子二次电池
JP2024021125A (ja) 組電池の製造方法
CN114597348A (zh) 通过轧制制得电极的制造方法
US20200274149A1 (en) Electrode and energy storage device
US20230016319A1 (en) Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230807