JP4292453B2

JP4292453B2 - 非水電解液電池の製造方法

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Publication number: JP4292453B2
Application number: JP2002014160A
Authority: JP
Inventors: 徹原田; 清一羽深; 啓史上嶋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2022-01-23
Also published as: JP2003217672A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解液に非水電解液を使用した非水電解液電池の製造方法および非水電解液電池用電極体を乾燥させる電極体乾燥装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯機器の駆動用電源として、より軽量・小型化を図ることのできる二次電池への要望が高くなってきている。この二次電池のなかでも、非水電解液二次電池、特にリチウム二次電池は高電圧・高エネルギー密度を有する電池として期待が大きい。
【０００３】
一般的に、リチウム二次電池は、帯状の正極および帯状の負極を多孔質材料からなるセパレ−タを介して巻回等により積層した積層電極体と、有機溶媒に電解質を溶解した電解液とをケース内に収納することによって構成される。
【０００４】
リチウム二次電池等の非水電解液電池において使用される電解質は水分との反応性が高いので、電池の製造工程は水分が電解液内に侵入しないように、電池内に収納される電極およびその他の材料についても充分な乾燥処理を施した上で電池の製造が行われている。
【０００５】
具体的には、従来の非水電解液電池の製造方法では、電極等への水分の除去もしくは再吸着の抑制をする目的で、正極および負極を所定の厚みおよび幅に加工する前後において高温で乾燥処理が行われる。その後、ドライルームなどの乾燥室内に搬入され、乾燥室内において、巻回、ケース内への収納、電解液の注入、ケースの密閉封止等の主要工程が行われる。
【０００６】
また、非水電解液は、水溶媒系電解液と比較して粘度が高いので、ケース内に注入するときに加温することで低粘度化する方法が特開平１０−２８４１２１で提案されている。
【０００７】
詳しくは、特開平１０−２８４１２１には、Ｌｉ含有複合酸化物からなる正極と炭素質材料からなる負極を用いた電池であり、帯状に形成した正極板および帯状に形成した負極板を多孔質材料からなるセパレ−タを介して巻回した渦巻状極板群とエチレンカーボネート等の環状エステル類を重量比３０％以上含む電解液とが電池缶内に収納されてなる非水電解液二次電池の製造において３０℃〜５０℃に加温した電解液と極板群を用いることによって電解液の極板群中への浸透を促進させることを特徴とする非水電解液二次電池の製造法が開示されている。
【０００８】
すなわち、この製造法においても、加温設備もドライルーム内に設置する必要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の非水電解液電池の製造方法では、製造工程において高価なドライルーム施設が必要となるばかりか、電極乾燥後の多くの工程における水分管理に要する労力も甚大となってしまう。
【００１０】
また、ドライルーム中への加温設備の導入は、ドライルームの規模を大きくするので、一層のコスト増の要因となる。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、より簡便な設備で達成できる非水電解液電池の製造方法を提供することを解決すべき課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決する目的で鋭意研究を行った結果、以下の発明を行った。
【００１３】
すなわち、本発明の非水電解液電池の製造方法は、正極集電体と正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極合剤層とを有する正極と、負極集電体と負極集電体上に形成された負極活物質を含む負極合剤層とを有する負極と、正極および負極の間に挟持されたセパレータと、を重ね合わせて電極体を形成する電極体形成工程と、電極体を非磁性体よりなるケース内に挿入し、電解液注入用開口部を予め設置してある蓋をケースに気密・液密が保たれるように接合する電極体挿入工程と、電解液注入用開口部に真空ポンプを接続し、ケース内部を減圧にした状態で、電極体を軸芯部に保持するワークコイルと、ワークコイルの両端部に配され電極体を透過する磁界を形成するフェライトよりなる一対のコアと、を有し、コアが、ワークコイルの軸芯部に挿入されかつ端面が該電極体の端面と近接した状態で対向する内部突出部と、ワークコイルの外周部にワークコイルの軸方向と平行な方向に突出して形成された外部突出部と、を有する電極体乾燥装置で誘導加熱により該電極体を加熱して乾燥させる電極体乾燥工程と、ケースに挿入された電極体を放冷した後にワークコイルから取り出し、蓋に予め設置してある電解液注入用開口部をシール用部品で仮封止した状態で電解液注入装置まで運搬し、シール用部品を取り外し、電解液注入用開口部から非水電解液を注入後、電解液注入用開口部を封止栓で気密・液密に封止する非水解液注入工程と、を、この順番に有することを特徴とする。
【００１４】
つまり、本発明の非水電解液電池の製造方法は、電極体乾燥工程を電極体の形成後に行うことによって、従来のように、正極、負極等を加工する前後において乾燥処理を行う乾燥工程、これら乾燥後の正極等を電極体に形成する際にドライルーム等の乾燥室内に搬送する工程を一括して行うことができる。さらに、電極体乾燥工程が誘導加熱により行われることで、電極体の内部から均一に加熱できるため、加熱ムラによる活物質の失活が抑えられる。したがって、乾燥工程を簡略化することができ、設備も簡素化することができる。さらに、電極体が形成されて、ケースに収容された状態で電極体乾燥工程が施され、その後の工程間においてもケースが封止されていることで、電極体の乾燥が維持され、高価なドライルーム施設を必要とすることなく、非水電解液電池を製造することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（非水電解液電池の製造方法）
本発明の非水電解液電池の製造方法は、本発明の非水電解液電池の製造方法は、正極集電体と正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極合剤層とを有する正極と、負極集電体と負極集電体上に形成された負極活物質を含む負極合剤層とを有する負極と、正極および負極の間に挟持されたセパレータと、を重ね合わせて電極体を形成する電極体形成工程と、電極体を非磁性体よりなるケース内に挿入し、電解液注入用開口部を予め設置してある蓋をケースに気密・液密が保たれるように接合する電極体挿入工程と、電解液注入用開口部に真空ポンプを接続し、ケース内部を減圧にした状態で、電極体を軸芯部に保持するワークコイルと、ワークコイルの両端部に配され電極体を透過する磁界を形成するフェライトよりなる一対のコアと、を有し、コアが、ワークコイルの軸芯部に挿入されかつ端面が該電極体の端面と近接した状態で対向する内部突出部と、ワークコイルの外周部にワークコイルの軸方向と平行な方向に突出して形成された外部突出部と、を有する電極体乾燥装置で誘導加熱により該電極体を加熱して乾燥させる電極体乾燥工程と、ケースに挿入された電極体を放冷した後にワークコイルから取り出し、蓋に予め設置してある電解液注入用開口部をシール用部品で仮封止した状態で電解液注入装置まで運搬し、シール用部品を取り外し、電解液注入用開口部から非水電解液を注入後、電解液注入用開口部を封止栓で気密・液密に封止する非水解液注入工程と、を、この順番に有する。すなわち、これらの工程を有する本発明の非水電解液電池の製造方法を、各工程を順番にそって施すことで、非水電解液電池を製造できる。
【００１８】
本発明の非水電解液電池の製造方法は、電極体形成工程、電極体挿入工程、電極体乾燥工程、非水電解液注入工程、を、この順番に有する。
【００１９】
本発明の製造方法において、電極体形成工程は、正極集電体と正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極合剤層とを有する正極と、負極集電体と負極集電体上に形成された負極活物質を含む負極合剤層とを有する負極と、正極および負極の間に挟持されたセパレータと、を重ね合わせて電極体を形成する工程である。電極体製造工程において製造される電極体は、水分の混入を避ける必要のある非水電解液電池の電池とすることができる。電極体形成工程については、後述する。
電極体挿入工程は、電極体を非磁性体よりなるケース内に挿入し、電解液注入用開口部を予め設置してある蓋をケースに気密・液密が保たれるように接合する工程である。電極体挿入工程において、電極体を非磁性体よりなるケース内に挿入し、ケースの蓋を接合することで、その後の乾燥工程において、誘導加熱で電極体を加熱することができるようになると共に、加熱後にケース内に水分が侵入しなくなる。
電極体乾燥工程は、電解液注入用開口部に真空ポンプを接続し、ケース内部を減圧にした状態で、電極体を軸芯部に保持するワークコイルと、ワークコイルの両端部に配され電極体を透過する磁界を形成するフェライトよりなる一対のコアと、を有し、コアが、ワークコイルの軸芯部に挿入されかつ端面が該電極体の端面と近接した状態で対向する内部突出部と、ワークコイルの外周部にワークコイルの軸方向と平行な方向に突出して形成された外部突出部と、を有する電極体乾燥装置で誘導加熱により電極体を加熱して乾燥させる工程である。
一般に、誘導過熱は、急速加熱ができる、電気エネルギーを直接材料に投入できるためエネルギー効率に優れる、局部加熱ができる、温度制御が容易である、無酸素加熱である、などの特徴を有している。
【００２０】
電極体乾燥工程において、非磁性体よりなるケース内に挿入された状態の電極体に誘導加熱を施すと、正極および負極の集電体が発熱し、この熱により電極体が加熱される。
【００２１】
すなわち、電極体乾燥工程において誘導加熱を施すことで、電極体の内部を加熱することができる。電極体を内部から加熱することで、電極体の内部に存在する水分を容易に取り除くことができる。さらに、誘導加熱は、電極体の全体を均一に加熱することができる。すなわち、乾燥時の加熱における加熱ムラがなくなるため、局部的な過熱による活物質の失活を抑えることができる。
【００２２】
一方、ヒーターを用いて電極体の加熱を行うと、電極体の外表面から温度が上昇するため、内部が所望の乾燥温度に到達するためには時間がかかっていた。さらに、電極体の内部と外表面との温度差が加熱ムラによる局部的な過熱を引き起こし、電極の活物質を失活させる。活物質の失活は、電極体の性能の低下を引き起こし、結果として、非水電解液電池の性能を低下させる。
【００２３】
電極体乾燥工程は、ケース内に電極体が挿入された状態で誘導加熱が行われる。すなわち、乾燥した電極体をケース内に収納する手間を省くことができるとともに、誘導加熱により電極体を加熱することでケース内壁に付着した水分を乾燥・除去することができるからである。
【００２４】
電極体乾燥工程は、減圧下で電極体を誘導加熱により加熱する工程である。すなわち、減圧下で誘導加熱により乾燥すると同温度においては乾燥が速やかに進むと共に、乾燥温度を低下させることができるからである。このため、加熱温度が低下することで、電極体が過熱することが防止できる。減圧下で電極体を加熱するときの減圧された圧力は、低ければ低いほどよい。すなわち、圧力が低くなればなるほど、加熱温度を低くすることができ、電極体が過熱することが防止できるためである。より好ましくは、真空雰囲気である。
【００２５】
また、電極体乾燥工程は、ケース内に電極体が挿入された状態で、ケース内を減圧して誘導加熱が行われる。この場合は、ケース内のみを減圧するため、除去する雰囲気ガス量を減らすことができ、減圧雰囲気の製造に要するコストを低下できる。ケース内の減圧は、電解液注入用開口部に真空ポンプを接続し、この開口部を介してケース内の雰囲気ガスを真空ポンプで排出することで行うことができる。
【００２６】
電極体乾燥工程は、電極体を軸芯部に保持するワークコイルと、ワークコイルの両端部に配され電極体を透過する磁界を形成するフェライトよりなる一対のコアと、を有し、コアが、ワークコイルの軸芯部に挿入されかつ端面が該電極体の端面と近接した状態で対向する内部突出部と、ワークコイルの外周部にワークコイルの軸方向と平行な方向に突出して形成された外部突出部と、を有する電極体乾燥装置で誘導加熱により行われる。すなわち、電極体乾燥工程は、ワークコイルと、内部突出部及び外部突出部とを有する一対のコアと、を備えた電極体乾燥装置で行われる。この電極体乾燥装置の構成は、後述する。
電極体乾燥工程における誘導加熱は、正極と負極がセパレータを介して積層した状態で巻回されてなる電極体をその巻回軸がワークコイルの軸芯部に同軸に保持した状態でワークコイルに通電することで行われることが好ましい。すなわち、電極体製造工程において製造される電極体は、正極と負極がセパレータを介して積層した状態で巻回されてなる巻回型電極体であることが好ましい。巻回型電極体を、その巻回軸がワークコイルの軸芯部に同軸に保持した状態でワークコイルに通電することで、電極体を加熱乾燥できる。ワークコイルに誘導電流を通電すると、磁束が発生する。この磁束の中に電極体が配されており、電極体の内部に磁束と直交する方向にうず電流が発生する。電極体の内部をうず電流が流れるときの電気抵抗によりジュール熱が発生し、電極体が昇温する。
【００２７】
誘導加熱は、ワークコイルの両端部にフェライトコアが配された状態で行われる。ワークコイルの両端部にフェライトコアが配された状態で誘導加熱が行われることで、ワークコイルの軸芯部に磁束を集中でき、電極体の昇温を効率よく行うことができる。
【００２８】
さらに、フェライトコアをワークコイルの両端部に配してワークコイルの軸芯部に磁束を集中できることで、通常のリチウム電池の電極体を加熱乾燥させることができる。すなわち、従来のリチウム電池の電極体には、正極の集電体にアルミニウムが、負極の集電体に銅が用いられていた。これらの金属は非磁性体であり、誘導加熱による加熱が難しかった。
【００２９】
フェライトコアは、ワークコイルの軸芯部に挿入されかつ端面が電極体の端面と近接した状態で対向する内部突出部と、ワークコイルの外周部にワークコイルの軸方向と平行な方向に突出して形成された外部突出部と、を有する。フェライトコアが内部突出部及び外部突出部を有することで磁束が電極体を透過するようになり、電極体を加熱することができる。ここで、フェライトコアの内部突出部の端面と電極体の端面とは、近ければ近いほどよく、両端面が当接することがより好ましい。
【００３０】
ケースは、非磁性体よりなる。ケースが非磁性体よりなることで、ケースを磁束が透過できる。このため、ケースの内部に電極体を挿入した状態で誘導加熱による電極体の加熱を行うことができる。
【００３１】
本発明の製造方法において、誘導電流は、３０〜１００ｋＨｚであることが好ましい。３０〜１００ｋＨｚの誘導電流が印加されることで、リチウム電池の電極体でも加熱することができる。すなわち、非磁性体である銅とアルミニウムとを集電体として有する電極体を加熱することができる。なお、本発明の製造方法においては、非磁性体である銅とアルミニウムとを集電体として有する電極体を加熱すると、少なくとも銅が発熱する。
【００３２】
本発明の製造方法により製造される非水電解液電池は特に限定されるものではない。すなわち、水分の混入を避ける必要のある非水電解液を有する非水電解液二次電池の製造に、本発明の製造方法を適用することができる。
【００３３】
本発明の非水電解液電池の製造方法を、リチウムイオン二次電池の製造方法に基づいて説明する。なお、図は模式図であり、寸法・形態等は精確なものではない。
【００３４】
リチウムイオン二次電池は、正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵および放出可能なリチウム−金属複合酸化物を正極活物質層としてもつ正極と、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な負極とを有するリチウムイオン二次電池である。
【００３５】
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、その形状には特に制限を受けず、コイン型、円筒型、角型等、種々の形状の電池として使用できる。本実施形態では、図１に示すような円筒型のリチウムイオン二次電池に基づいて説明を行う。
【００３６】
図１は、本実施形態における円筒型のリチウムイオン二次電池の部分切開図を示す。本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極１および負極２をシート形状として両者をセパレータ４を介して積層し渦巻き型に多数回巻回した巻回体型電極体を空隙を満たす電解液３とともに所定の円筒状のケース７内に収納したものである。正極１と正極端子部５とについて、そして負極２と負極端子部６とについては、それぞれ電気的に接合されている。
【００３７】
巻回型電極体は、正極１と負極２とセパレータ４とからなり、正極１および負極２をシート形状として両者をセパレータ４を介して積層し渦巻き型に多数回巻回したものである。
【００３８】
ここで、非水電解液電池の電極体の形態は、特に限定されるものではなく、円筒形の巻回型電極体のほか、角形巻回型電極体や電極が巻回されておらず、複数枚の正極および負極がセパレータを介して積層された積層型電極体でも良い。
【００３９】
本発明の製造方法において、電極体形成工程は、正極１と負極２と正極１および負極２の間に狭持されたセパレータ４とを重ね合わせて電極体を形成する工程である。
【００４０】
具体的には、正極１、負極２およびセパレータ４の端部を巻回芯に取り付け、その巻回芯に正極１等を巻き付けていくことにより巻回型電極体を形成できる。
【００４１】
また、形成された電極体の正極側と負極側からはそれぞれ正極端子部５および負極端子部６に接続する必要があるがその接続は電極体形成工程の前後を問わずに行える。たとえば、電極体を形成する前の正極１および負極２に端子部５、６と接続するリード１３、２３を接続してもよいし、電極体を形成中もしくは形成後に接続してもよい。
【００４２】
正極１は、リチウムイオンを充電時には放出し、かつ放電時には吸蔵することができるリチウム−金属複合酸化物を正極活物質にもつ。リチウム−金属複合酸化物は、電子とリチウムイオンの拡散性能に優れるなど活物質の性能に優れる。そのため、このようなリチウムおよび遷移金属の複合酸化物を正極活物質に用いれば、高い充放電効率と良好なサイクル特性とが得られる。さらに正極１は、正極活物質、導電材および結着材を混合して得られた正極合材１２が集電体１１に塗布されてなるものを用いることが好ましい。
【００４３】
正極活物質には、リチウム−金属複合酸化物であれば特に限定されるものではなく、公知の活物質を用いることができる。たとえば、Ｌｉ_(1-X)ＮｉＯ₂、Ｌｉ_(1-X)ＭｎＯ₂、Ｌｉ_(1-X)Ｍｎ₂Ｏ₄、Ｌｉ_(1-X)ＣｏＯ₂や、各々にＬｉ、Ａｌ、そしてＣｒ等の遷移金属を添加または置換した材料等が挙げられる。なお、正極活物質としては、１種類の物質を単独で用いる場合に限定されず、複数の物質を混合して用いてもよい。そして、この正極活物質の例示におけるＸは０〜１の数を示す。
【００４４】
負極２は、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出することができれば、その材料構成で特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。特に、負極活物質、導電材および結着剤を混合して得られた負極合材２２が集電体２１に塗布されてなるものを用いることが好ましい。負極活物質としては、その活物質の種類で特に限定されるものではなく、公知の負極活物質を用いることができる。中でも、結晶性の高い天然黒鉛や人造黒鉛などの炭素材料は、リチウムイオンの吸蔵性能および拡散性能に優れるなど活物質の性能に優れる。そのため、このような炭素材料を負極活物質に用いれば、高い充放電効率と良好なサイクル特性とが得られる。さらには、負極２として金属リチウムもしくはリチウム合金を使用することが電池容量の観点からは、より好ましい。
【００４５】
セパレータ４は、正極１および負極２を電気的に絶縁し、電解液３を保持し、正極１および負極２間の導通を確保する役割を果たすものであり、セパレータ４を構成する素材は、絶縁性が高いことが好ましく、かつ、イオンの透過を妨げない程度の分子間の隙間または孔を有することが好ましい。たとえばセパレータ４としては、融点が１００℃以上の微多孔質膜を用いることが好ましい。
【００４６】
セパレータ４は、正極１と負極２との絶縁をより確実に担保するため、正極１および負極２の大きさよりもさらに大きいものとするのが好ましい。
【００４７】
電極体乾燥工程は、誘導加熱により電極体を加熱し、電極体の内部の水分を除去する工程である。電極体乾燥工程において電極体が乾燥することで、乾燥した電極体が得られる。
【００４８】
電極体挿入工程は、電極体をケース７内に挿入する工程である。
【００４９】
ケース７の形状、材質としては、本発明の適用において特に限定されない。一般的には、形状としては、円筒形や角形がよく知られている。また、材質は、内部の非水電解液しての電解液３との関係で電気的化学的に安定な材質であることが必要である。本発明の製造方法においては、ケースは非磁性体よりなることが好ましい。
【００５０】
また、ケース７は密封性、絶縁性等を保つために、ケース７と、蓋７１および正負端子部５、６との間にガスケット７２が狭持されている。ガスケット７２は、ケースと端子部５、６の間の電気的な絶縁と、ケース７内の密閉性とを担保するものである。ガスケット７２としては、たとえば、電解液３にたいして、化学的、電気的に安定であるポリプロピレンのような高分子等から構成できる。
【００５１】
非水電解液注入工程は、ケース７内に非水電解液としての電解液３を注入する工程である。
【００５２】
電解液３は、有機溶媒に電解質を溶解させたものである。
【００５３】
有機溶媒は、通常リチウムイオン二次電池の電解液の用いられる有機溶媒であれば特に限定されるものではなく、例えば、カーボネート化合物、ラクトン化合物、エーテル化合物、スルホラン化合物、ジオキソラン化合物、ケトン化合物、ニトリル化合物、ハロゲン化炭化水素化合物等を挙げることができる。
【００５４】
具体的には、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレングリコールジメチルカーボネート、プロピレングリコールジメチルカーボネート、エチレングリコールジエチルカーボネート、ビニレンカーボネート等のカーボネート類、γ−ブチルラクトン等のラクトン類、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，４−ジオキサンなどのエーテル類、スルホラン、３−メチルスルホラン等のスルホラン類、１．３−ジオキソラン等のジオキソラン類、４−メチル−２−ペンタノン等のケトン類、アセトニトリル、ピロピオニトリル、パレロニトリル、ベンソニトリル等のニトリル類、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、その他のメチルフォルメート、ジメチルホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等が挙げられ、これらを単独で、または、これらから選ばれる複数の有機溶媒を混合した混合物であっても良い。
【００５５】
例に挙げたこれらの有機溶媒のうち、特に、カーボネート類、エーテル類からなる群より選ばれた一種以上の非水溶媒を用いることにより、電解質の溶解性、誘電率および粘度において優れ、電池の充放電効率も高いので、好ましい。また、後述する電解液を注入する際の容易さから引火点の高いものが好ましい。特に、引火点が７０℃以上の電解液とすることが好ましい。引火点を向上する方法としては、たとえば、リン酸エステルを混合することで達成できる。
【００５６】
電解質は、その種類が特に限定されるものではないが、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄及びＬｉＡｓＦ₆から選ばれる無機塩、該無機塩の誘導体、ＬｉＳＯ₃ＣＦ₃、ＬｉＣ（ＳＯ₃ＣＦ₃）₂およびＬｉＮ（ＳＯ₃ＣＦ₃）₃から選ばれる有機塩、並びに該有機塩の誘導体の少なくとも１種であることが好ましい。
【００５７】
この電解質により、電池性能をさらに優れたものとすることができ、かつその電池性能を室温以外の温度域においてもさらに高く維持することができる。
【００５８】
電解質の濃度についても特に限定されるものではなく、用途に応じ、電解質および有機溶媒の種類を考慮して適切に選択することが好ましい。
【００５９】
また、本発明の製造方法において、非水電解液注入工程は、電極体の温度が所定温度まで冷却した後に行うことが好ましい。電解液３の粘度は、温度が高くなるにつれて低くなるので、高温で注入するとより早く電解液３がケース７内および電極体内に浸透する。ここで、所定温度とは、特に限定するものではないができるだけ高温とすることが電解液３の粘度低下の観点から好ましい。しかしながら、あまりに高温として、電解液３に用いられた有機溶媒の引火点以上とすると引火防止のための設備投資が必要となるので好ましくは用いられた有機溶媒の引火点以下とする。たとえば、エチレンカーボネート、ジエチレンカーボネートを有機溶媒として用いるときは７０℃以下とすることが好ましい。
【００６０】
（電極体乾燥装置）
本発明の非水電解液電池の製造方法は、正極と、負極と、正極および負極の間に挟持されたセパレータとを重ね合わせて形成された電極体を誘導加熱を用いて加熱して電極体を乾燥させる電極体乾燥装置を用いて電極体乾燥工程が施される。すなわち、誘導加熱により電極体を加熱することで、電極体の内部に残留する水分を電極体から取り除くことができる。
【００６１】
本発明の非水電解液電池の製造方法で電極体乾燥工程において用いられる電極体乾燥装置は、電解液注入用開口部に真空ポンプを接続し、ケース内部を減圧にした状態で、乾燥させられる電極体を軸芯部に保持するワークコイルと、ワークコイルの両端部に配され電極体を透過する磁界を形成するフェライトよりなる一対のコアと、を有し、コアが、ワークコイルの軸芯部に挿入されかつ端面が電極体の端面と近接した状態で対向する内部突出部と、ワークコイルの外周部にワークコイルの軸方向と平行な方向に突出して形成された外部突出部と、を有する。コアが、内部突出部と外部突出部とを有することで、ワークコイルの軸芯部に保持された電極体に、ワークコイルから生じた磁束が集中するようになる。このため、電極体を誘導加熱により昇温させることが可能となる。
【００６２】
なお、コアの内部突出部の端面と電極体の端面とは、近ければ近いほどよく、両端面が当接することがより好ましい。
【００６３】
コアは、複数の外部突出部を有することが好ましい。外部突出部を複数有することで、ワークコイルが磁界を発生したときにワークコイルの外周部の磁束を補足でき、ワークコイルの軸芯部の磁束密度を高くすることができる。
【００６４】
一対のコアがワークコイルの端部に配されたときに、各コアの外部突出部が同一直線上に配されることが好ましい。一対の外部突出部が同一直線上に配されることで、ワークコイルの軸芯部の磁束密度を高くすることができる。すなわち、外部突出部を透過した磁束が、対向した外部突出部に補足されるようになるため、ワークコイルの系の外部に磁界が形成されなくなり、ワークコイルにおいて形成した磁力が電極体の加熱にロスなく用いられるようになる。
【００６５】
一対の外部突出部は、その先端部の距離が近接していることが好ましく、両先端部が当接していることがより好ましい。
【００６６】
電極体が挿入された状態でケース内部を真空ポンプで減圧する。真空ポンプでケース内を減圧することで、電極体を加熱して乾燥するときの加熱温度を低下させることができる。加熱温度を低下することで、過熱による活物質の失活を抑えることができる。
【００６７】
電極体は、ケースに収容され、電解液注入用開口部に真空ポンプを接続し、ケース内部を減圧にした状態で、ワークコイルの軸芯部に保持される。すなわち、乾燥した電極体をケース内に収納する手間を省くことができるとともに、誘導加熱により電極体を加熱することでケース内壁に付着した水分を乾燥・除去することができる。
【００６８】
ワークコイルに通電される誘導電流を調節するＩＨインバータと、ＩＨインバータを制御する制御装置とを有する制御手段を有することが好ましい。制御手段を有することで、誘導電流を制御でき、電極体の乾燥を最適な条件とすることができる。
【００６９】
本発明の非水電解液電池の製造方法で電極体乾燥工程において用いられる電極体乾燥装置は、コアがワークコイルの軸芯部に磁束を収束させているため、従来のリチウム電池の電極体を加熱することができる。従来のリチウム電池の電極体は、正極集電体にアルミニウムが負極集電体に銅が用いられ、通常の誘導加熱による加熱は困難となっていた。
【００７０】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００７１】
（実施例）
本発明の実施例として、リチウム電池を製造した。
【００７２】
（電極体乾燥装置）
電極体乾燥装置は、図２にその主な構成が示された誘導加熱装置である。
【００７３】
詳しくは、電極体乾燥装置は、最大でＤＣ１００Ｖ、３０Ａの電力を供給する電源９１と、電源９１からの電流を交流に変換して誘導電流とする共振周波数自動調整器９２と、誘導電流の調整を行うトランス９３と、トランス９３により調整された誘導電流により誘導加熱を行う加熱部８と、トランス９３の入力側および出力側にもうけられたコンデンサ部９４と、回路中を流れる電流を測定するセンサーＳと、から構成される。
【００７４】
電源９１は、ＡＣ２００Ｖの交流電流の入力を、最大でＤＣ１００Ｖ、３０Ａの直流電流として出力する装置である。
【００７５】
共振周波数自動調整器９２は、電源９１から供給された電力を交流電流に変換するＩＨインバータ部と、ＩＨインバータ部から供給される交流電流の周波数を３０〜１００ｋＨｚの範囲内の所定の値になるようにＩＨインバータ部を制御する制御部と、を有し、加熱部８の加熱コイル８１に供給される誘導電流を調整する。また、制御部は、電流値が最小になるように制御を行う。
【００７６】
トランス９３は、誘導電流の電圧の降下および電圧の増加を行う。
【００７７】
コンデンサ部９４は、トランス９３の入力側および出力側の両部にもうけられたコンデンサ９４１、９４２とからなる。
【００７８】
トランス９３の入力側にもうけられたコンデンサ９４１は、誘導電流中の直流電流のみをカットする。コンデンサ９４１は、３００Ｖ３．５μＦのコンデンサを１０個並列に接続して形成された。
【００７９】
トランス９３の出力側にもうけられたコンデンサ９４２は、共振系の時定数の調整を行う。このコンデンサ９４２は、加熱コイル８１の種類により決定される。すなわち、導線がらせん状に巻回して形成された加熱コイルのときには、コンデンサ９４２は、２０００Ｖ０．００５６μＦのコンデンサを９個並列に接続したものが用いられる。また、断面が略Ｕ字型の加熱コイルのときには、コンデンサ９４２は、３００Ｖ３．５μＦのコンデンサが用いられる。
【００８０】
加熱部８は、軸芯部に電池ケース内に収容された電極体を保持するとともに誘導電流により誘導加熱を行う加熱コイル８１と、加熱コイル８１の両端部に配され加熱コイル８１において生じた磁力を集積するフェライトよりなるコア８２と、電池ケース内を減圧する真空ポンプ（図示せず）と、を有する。加熱部８の構成がわかるように、加熱部８の断面を図３に示した。
【００８１】
加熱コイル８１は、φ３ｍｍの導線を券回して形成された。この加熱コイル８１には、導線をらせん状に券回して形成されたソレノイドコイルと、発生する磁界の向きが一定となるように導線を略シート状に配して形成されかつ形成されたシートを断面が略Ｕ字状になるように曲成された略Ｕ字型の加熱コイルと、がある。
【００８２】
コア８２は、加熱コイル８１の軸芯部に挿入されかつ端面が電極体の端面と近接した状態で対向する内部突出部８２１と、加熱コイル８１の外周部に加熱コイル８１の軸方向と平行な方向に突出して形成された外部突出部８２２と、を有する。
【００８３】
真空ポンプ（図示せず）は、電池ケース７の内部に電解液３を注液する電解液注入用開口部７１１に接続され、電池ケース７の内部の空気を排出する。
【００８４】
センサーＳは、回路中を流れる電流を測定する。このセンサーＳとして、共振周波数自動調整器９２とトランス９３との間にもうけられた電流計Ｓ₁と、トランス９３の入力側および出力側にもうけられ駆動電圧および加熱部８に供給される誘導電流の波形を観測するオシロスコープＳ₂と、共振周波数自動調整器９２から供給される電流の周波数を測定するカウンタＳ₃と、加熱部８に供給される誘導電流を観測する電流モニタＳ₄と、がもうけられている。なお、これらのセンサーＳ₁〜₄は、共振周波数自動調整器９２の制御部に電気的に接続され、センサーＳ₁〜₄の測定値を基にして、共振周波数自動調整器９２からの出力の調節を行うことができる。
【００８５】
（リチウム二次電池の製造）
図１に示すリチウムイオン二次電池を以下のようにして作製した。
【００８６】
正極板１は活物質としてマンガン酸リチウムを８５重量部と、導電材としてアセチレンブラックを１０重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを５重量部とを混練してペースト状にした合材を、厚さ１５μｍのアルミニウム箔の集電体１１の両面に塗布、圧着したものである。
【００８７】
また、負極板２は活物質としてカーボンを９２．５重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを７．５重量部とを混練してペースト状にした合材を、厚さ１０μｍの銅箔の集電体２１の両面に塗布、圧着したものである。
【００８８】
これら、正極板１および負極板２にはそれぞれ前記合材が塗布されていない未塗布部１１１、２１１がもうけてあり、正極１の集電体１１の未塗布部１１１の表面には複数のアルミニウム製のリード１３を、また負極２の集電体２１の未塗布部２１１の表面には複数の銅製のリード２３をそれぞれ電極板から正極端子部５、負極端子部６への電流取り出し用として超音波溶接法により接合した。
【００８９】
次に、正極板１と負極板２の間に、正極板１および負極板２が直接接しないよう幅広に裁断されたセパレ−タ４を介在して、渦巻き状に巻回し、巻回電極体を作製した。このとき、セパレ−タ４としてポリフェニレンエーテルを多孔質処理したフィルムを用いた。
【００９０】
続いて正極板１および負極板２に取り付けられたリード１３、２３を収束処理し、それぞれ正極端子部５、負極端子部６に超音波溶接法により接合した後、電池ケース７に収納し、正極端子部５と蓋板７１および負極端子部６と電池ケース７との間にそれぞれガスケット７２を介在させた状態でナット７３により締結し、蓋板７１と電池ケース７とをレーザ溶接法により気密・液密性が保たれる溶接条件にて接合した。なお、電池ケース７は、非磁性体である樹脂により形成された。
【００９１】
このようにして作製した電池ケース７内に電極体を収納した電池を、電極体乾燥装置の加熱コイルの軸芯部に挿入し、加熱コイルの両端部にコアを配置した。このとき、電池は、電池ケースの電解液注入用開口部７１１が真空ポンプに接続された状態で加熱コイルに挿入された。その後、真空ポンプを作動させて、電池ケース７の内部を１３３Ｐａまで減圧した。電池ケース７の内部が減圧した状態で、電極体乾燥装置の電源のスイッチをＯＮにし、加熱コイルに誘導電流を供給した。このとき、共振周波数自動調整器による制御により、加熱コイルに供給される誘導電流が１８Ａに保持された。
【００９２】
加熱コイルに誘導電流が供給されることで、加熱コイルの軸芯部に保持された電池の温度が上昇し、１２０℃にまで昇温した。その後、この温度での保持を６時間行うことで、電極体およびケース７の内部の水分が除去された。
【００９３】
そして、加熱コイルへの通電を遮断し（電源のスイッチをＯＦＦにする）、加熱を終了した。つづいて、放冷した後に、加熱コイルから電池を取り出した。
【００９４】
その後、蓋７１に予め設置してある電解液の注入用開口部７１１をＥＰＤＭ製のシール用部品で仮封止した状態で電解液注入装置まで運搬し、シール用部品を取り外した後、蓋７１の電解液注入用開口部７１１から非水電解液を注入した。非水電解液は、エチレンカーボネートとジエチレンカーボネートとを３：７の重量比で混合した溶媒中に六フッ化リン酸リチウムを溶解させたものを用いた。所定量の電解液を注入後、注入用開口部７１１を封止栓７４で気密・液密的に封止した。
【００９５】
以上の手段により実施例のリチウム二次電池が製造された。
【００９６】
実施例のリチウム二次電池は、電極体の内部が加熱されたため、電極体の内部に存在する水分が取り除かれている。さらに、実施例のリチウム二次電池は、誘導加熱により電極体の全体が均一に加熱されているため、加熱ムラがなくなっていることから、局部的な過熱による活物質の失活を抑えられている。
【００９７】
また、電極体乾燥装置は、非磁性体よりなる集電体を用いて形成された電池でも、誘導加熱により加熱できる。このことは、誘導加熱の特徴である、急速加熱ができる、電気エネルギーを直接材料に投入できるためエネルギー効率に優れる、局部加熱ができる、温度制御が容易である、無酸素加熱である、などの加熱により電極体の乾燥を行うことができることを示す。
【００９８】
この結果、リチウム二次電池の製造を簡便に行うことができる。
【００９９】
【発明の効果】
本発明の非水電解液電池の製造方法は、電極体乾燥工程において誘導加熱を施すことで、電極体の内部を加熱することができる。電極体を内部から加熱することで、電極体の内部に存在する水分を容易に取り除くことができる。さらに、誘導加熱は、電極体の全体を均一に加熱することができる。すなわち、乾燥時の加熱における加熱ムラがなくなるため、局部的な過熱による活物質の失活を抑えることができる。
【０１００】
また、本発明の非水電解液電池の製造方法で電極体乾燥工程において用いられる電極体乾燥装置は、コアによりワークコイルの軸芯部に磁束を集中させているため、誘導加熱による加熱が困難であった電極体の加熱を行うことができる。本発明の非水電解液電池の製造方法は、この電極体乾燥装置を用いており、乾燥に要するコストが軽減されるため、非水電解液電池の製造を簡便に行うことができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】円筒型リチウムイオン二次電池の全体構成を示す部分切開図である。
【図２】電極体乾燥装置の構成を示した図である。
【図３】電極体乾燥装置の加熱部の構成を示した図である。
【符号の説明】
１：正極１１：正極集電体
１１１：未塗布部１２：正極合材層１３：正極リード
２：負極２１：負極集電体
２１１：未塗布部２２：負極合材層２３：負極リード
３：非水電解液４：セパレータ５：正極端子部
６：負極端子部７：ケース７１：蓋板
７１１：注液用開口部７２：ガスケット７３：ナット
７４：封止栓８：加熱部８１：加熱コイル
８２：コア８２１：内部突出部８２２：外部突出部
９１：電源９２：共振周波数自動調整器
９３：トランス９４：コンデンサ部
９４１、９４２：コンデンサＳ₁〜₄：センサー

Claims

正極集電体と該正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極合剤層とを有する正極と、負極集電体と該負極集電体上に形成された負極活物質を含む負極合剤層とを有する負極と、該正極および該負極の間に挟持されたセパレータと、を重ね合わせて電極体を形成する電極体形成工程と、
該電極体を非磁性体よりなるケース内に挿入し、電解液注入用開口部を予め設置してある蓋を該ケースに気密・液密が保たれるように接合する電極体挿入工程と、
該電解液注入用開口部に真空ポンプを接続し、該ケース内部を減圧にした状態で、該電極体を軸芯部に保持するワークコイルと、該ワークコイルの両端部に配され該電極体を透過する磁界を形成するフェライトよりなる一対のコアと、を有し、該コアが、該ワークコイルの軸芯部に挿入されかつ端面が該電極体の端面と近接した状態で対向する内部突出部と、該ワークコイルの外周部に該ワークコイルの軸方向と平行な方向に突出して形成された外部突出部と、を有する電極体乾燥装置で誘導加熱により該電極体を加熱して乾燥させる電極体乾燥工程と、
該ケースに挿入された該電極体を放冷した後に該ワークコイルから取り出し、該蓋に予め設置してある該電解液注入用開口部をシール用部品で仮封止した状態で電解液注入装置まで運搬し、該シール用部品を取り外し、該電解液注入用開口部から非水電解液を注入後、該電解液注入用開口部を封止栓で気密・液密に封止する非水解液注入工程と、
を、この順番に有することを特徴とする非水電解液電池の製造方法。
前記電極体乾燥工程は、１３３Ｐａ以下で行われる請求項１記載の非水電解液電池の製造方法。
前記誘導加熱は、前記正極と前記負極が前記セパレータを介して積層した状態で巻回されてなる前記電極体を、その巻回軸が前記ワークコイルの軸芯部に同軸に保持した状態で該ワークコイルに通電することで行われる請求項１〜２記載の非水電解液電池の製造方法。
前記コアは、複数の前記外部突出部を有する請求項１記載の非水電解液電池の製造方法。
一対の前記コアが前記ワークコイルの端部に配されたときに、各該コアの前記外部突出部が同一直線上に配される請求項１，４のいずれかに記載の非水電解液電池の製造方法。
前記ワークコイルに通電される誘導電流を調節するＩＨインバータと、該ＩＨインバータを制御する制御装置とを有する制御手段を有する請求項１〜５記載の非水電解液電池の製造方法。