JP5083838B2 - 非水電解質注入機能付非水電解質二次電池、ならびにこれに用いる非水電解質二次電池および非水電解質注入装置 - Google Patents
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Description
第1の実施の形態は、非水電解質二次電池と非水電解質注入装置とからなる非水電解質注入機能付非水電解質二次電池に関する。
図1を用いて、本実施の形態に係る非水電解質注入機能付非水電解質二次電池について説明する。本実施の形態では、積層角型の非水電解質注入機能付リチウムイオン二次電池を用いる。
リチウムイオン二次電池100は、収容体101を有し、該収容体101内の収容室102には、正極105、セパレータ104および負極103がこの順に複数積層されて収容されている。また、収容室102内には非水電解質106が充填されている。なお、正極105、セパレータ104、負極103および非水電解質106は発電部107を形成する。
図1において、非水電解質注入機能付リチウムイオン二次電池10の非水電解質注入装置200は、一端が閉じられた筒形状の蓋体201を有しており、蓋体201の開口する他端を形成する縁部は、リチウムイオン二次電池100の連結部110と連結する。蓋体201の形状は、図1に示されるような筒形状に限られず、連結部110と連結することによって、蓋体201の内面側とリチウムイオン二次電池100との間であって、開口部108および開口部108を閉塞する栓体109の周りに密閉空間202を形成可能な構成であればよい。
次に、図5(a)〜(c)を用いて、上述の非水電解質注入機能付リチウムイオン二次電池10を用いた補充用非水電解質の注入動作について説明する。
第2の実施の形態は、非水電解質注入装置を装着可能な非水電解質二次電池に関する。
図7は、第2の実施の形態に係る非水電解質二次電池の断面図である。なお、図7において、各絶縁部材、各端子および各集電リード線は図示していない。図7に示すリチウムイオン二次電池20は、図1に示す非水電解質注入機能付リチウムイオン二次電池10のリチウムイオン二次電池100と同じ構成であるので、説明は繰り返さない。
次に、図8(a)および(b)、ならびに図5(a)〜(c)を用いて、上述のリチウムイオン二次電池20を用いた補充用非水電解質の注入動作について説明する。
第3の実施の形態は、リチウムイオン二次電池に装着される非水電解質注入装置に関する。
図9は、第3の実施の形態に係る非水電解質注入装置の断面図である。図9に示す非水電解質注入装置30は、図1の非水電解質注入装置200と同じ構成であるので、説明は繰り返さない。非水電解質注入装置30は、リチウムイオン二次電池20に補充用の非水電解質を注入するための非水電解質注入装置である。
非水電解質注入装置30による非水電解質二次電池への補充用非水電解質の注入動作は、上述の第2の実施の形態において説明した注入動作と同じであるので、説明は繰り返さない。
1.正極の作製
活物質であるLiFePO490重量部、導電材であるアセチレンブラック5重量部および結着剤であるポリフッ化ビニリデン5重量部を混合し、溶媒としてのN−メチル−2−ピロリドンを適宜加えて各材料を分散させてスラリーを調製した。このスラリーを、厚さ20μmのアルミニウム集電体の両面に均一に塗布して乾燥させた。そして、乾燥させたアルミニウム集電体をロールプレスで圧縮し、縦140mm×横250mmに切断することにより板状の正極105を32枚作製した。正極105の厚さは230μmであった。そして、それぞれの正極105にアルミニウム集電リードを溶接した。
活物質である天然黒鉛90重量部および結着剤であるポリフッ化ビニリデン10重量部を混合し、溶媒としてのN−メチル−2−ピロリドンを適宜加えて各材料を分散させてスラリーを調製した。このスラリーを、厚さ16μmの銅集電体の両面に均一に塗布して乾燥させた。そして、乾燥させた銅集電体をロールプレスで圧縮し、縦142mm×横250mmに切断することにより板状の負極103を33枚作製した。負極103の厚さは146μmであった。それぞれの負極103にニッケル集電リードを溶接した。
厚さ25ミクロンの微多孔性ポリエチレンフィルムを、縦145mm×横255mmに切断してセパレータ104を64枚作製した。
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを、容積比30:70となるように混合し、この混合液にLiPF6の濃度が1mol/LとなるようにLiPF6を溶解させた非水電解質106を250ml調製した。
正極105、セパレータ104、負極103のそれぞれ全てをこの順に積層した積層体を、上面が開口した収容体に収容し、さらに非水電解質106を200ml注入した。そして、開口部108、連結部110および栓体109を備える上面部材を収容体の上面に配置し、収容体と上面部材をレーザ封止することにより、図1に示す、収容室102に発電部107を収容する収容体101を備えるリチウムイオン二次電池20を作製した。なお、リチウムイオン二次電池20の製造方法は、一般的な積層角型のリチウムイオン二次電池の製造方法に従った。
作製したリチウムイオン二次電池20の初期電池性能を測定したところ、公称電圧は3.2Vであり、内部抵抗は3mΩであった。また、雰囲気温度25℃の条件下で、10A/3.8Vの定電流/定電圧で6時間充電し、10Aで2.25Vまで放電した際の放電容量は50Ahであった。
作製したリチウムイオン二次電池20を用い、雰囲気温度25℃の条件下で、上記放電容量測定の際の充放電条件と同様の条件下にてサイクル試験をおこなった。サイクル数が1500回のときに、放電容量が初期放電容量の70%を下回った。
1.非水電解質の補充
放電容量が初期放電容量の70%を下回ったリチウムイオン二次電池20に非水電解質注入装置30を装着すべく、リチウムイオン二次電池20の連結部110と非電解質注入装置30の蓋体201とを連結した。なお、リチウムイオン二次電池20に非水電解質注入装置30を装着することにより、第1の実施の形態に係る非水電解質注入機能付リチウムイオン二次電池10が構成される。そして、注入部204にロータリーポンプを接続し、蓋体201内に形成された密閉空間202を0.1kPaまで真空引きした後窒素ガスを導入して大気圧まで戻した。
上述のようにして非水電解質を補充したリチウムイオン二次電池20を常温で24時間放置した後、25℃の雰囲気温度で、上記放電容量測定の際の充放電条件と同様の条件のサイクル試験を2回おこなった。そして、リチウムイオン二次電池20の放電容量を上記の方法で測定したところ、補充後の放電容量は47Ahで、1サイクル目の94%にまで回復していることがわかった。
Claims (10)
- 正極、負極、セパレータ、および非水電解質を有する発電部を収容する収容室を区画する収容体、該収容体に形成された開口部、前記開口部を閉塞する栓体、および前記収容体の外面側であって前記開口部の周りに形成される連結部を有する非水電解質二次電池と、
前記連結部と連結することによって前記開口部および前記開口部を閉塞する前記栓体を前記収容体の外面側から覆って前記開口部の周りに密閉空間を形成する蓋体、前記密閉空間において前記栓体を前記開口部から移動させることにより前記開口部を開放するとともに前記栓体を前記開口部に移動させることにより前記開口部を閉塞するための着脱部、および前記密閉空間に非水電解質を注入するための注入部を有する非水電解質注入装置と、を備える、非水電解質注入機能付非水電解質二次電池。 - 前記着脱部は、前記蓋体をスライド自在に貫通する支軸部を有し、
前記支軸部の一端は前記密閉空間を区画する前記蓋体の内面側に位置して前記栓体と連結可能な構造を有し、前記支軸部の他端は前記蓋体の外面側に位置する、請求項1に記載の非水電解質注入機能付非水電解質二次電池。 - 前記注入部が、前記密閉空間内の気体を入れ替え可能な排気部を兼ねる、請求項1または2に記載の非水電解質注入機能付非水電解質二次電池。
- 前記密閉空間内の気体を入れ替え可能な排気部を備える、請求項1または2に記載の非水電解質注入機能付非水電解質二次電池。
- 前記連結部と前記蓋体とが螺着する、請求項1から4のいずれかに記載の非水電解質注入機能付非水電解質二次電池。
- 前記連結部と前記蓋体とが一体形成されている、請求項1から4のいずれかに記載の非水電解質注入装置機能付非水電解質二次電池。
- 前記開口部を区画する収容体の部分と前記栓体とが螺着する、請求項1から6のいずれかに記載の非水電解質注入機能付非水電解質二次電池。
- 正極、負極、セパレータ、および非水電解質を有する発電部を収容する収容室を区画する収容体と、
前記収容体に形成された開口部と、
前記開口部を閉塞する栓体と、
前記収容体の外面側であって前記開口部の周りに形成され、前記開口部および前記開口部を閉塞する前記栓体を前記収容体の外面側から覆う、非水電解質を注入するための注入部を有する蓋体と連結することによって前記開口部の周りに密閉空間を形成する連結部と、を備える、非水電解質二次電池。 - 正極、負極、セパレータ、および非水電解質を有する発電部を収容する収容室を区画する収容体、該収容体に形成された開口部、該開口部を閉塞する栓体、および前記収容体の外面側であって前記開口部の周りに形成される連結部を備える非水電解質二次電池用の、非水電解質注入装置であって、
前記開口部と前記開口部を閉塞する前記栓体とを前記収容体の外側から覆って前記開口部の周りに密閉空間を形成するように前記連結部と連結する蓋体と、
前記密閉空間において、前記栓体を前記開口部から移動させることにより前記開口部を開放するとともに前記栓体を前記開口部に移動させることにより前記開口部を閉塞するための着脱部と、
前記密閉空間に非水電解質を注入するための注入部と、を備える、非水電解質注入装置。 - 前記着脱部は、前記蓋体をスライド自在に貫通する支軸部を有し、
前記支軸部の一端は前記密閉空間を区画する前記蓋体の内面側に位置して前記栓体と連結可能な構造を有し、前記支軸部の他端は前記蓋体の外面側に位置する、請求項9に記載の非水電解質注入装置。
Priority Applications (4)
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