JP5704135B2 - 二次電池の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池の製造方法に関し、例えば正極シートとセパレータと負極シートとが積層された状態で捲回された捲回体が筐体に収容された二次電池の製造方法に関する。
近年、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池（蓄電池）は、車両搭載用電源、或いはパソコン及び携帯端末の電源として重要性が高まっている。二次電池は、正極シートとセパレータと負極シートとが積層された状態で捲回された捲回体が筐体に収容された構成である。
例えば特許文献１の二次電池の製造方法は、捲回体を高温圧縮した後に、当該捲回体を筐体に収容し、初期充電を行っている。つまり、図５に示すように、捲回体１０１の上下面を高温圧縮する。そして、図６に示すように、高温圧縮した捲回体１０１を筐体１０２内に収容し、さらに筐体１０２内に電解質１０３を充填する。最後に、図７に示すように、捲回体１０１及び電解質１０３が収容された筐体１０２の上下面を拘束しつつ、初期充電を行う。このように、捲回体を高温圧縮することで、当該捲回体の厚さを薄くすることができ、筐体への収容容易性の向上及び二次電池の小型化を可能にしている。
特開平１０−３０２８２７号公報
初期充電を行う際は、図７に示すように、例えば移動体等での使用形態に近付けるために、捲回体１０１及び電解質１０３が収容された筐体１０２の上下面を拘束する。このとき、筐体１０２の角部は変形し難く、筐体１０２を介して捲回体１０１の上下面を良好に拘束することができないので、例えばスペーサ１０４を介して筐体１０２、ひいては捲回体１０１を拘束する。
しかし、移動体等での使用形態に近付けるために捲回体１０１を拘束した際に、捲回体１０１を加熱していないため、拘束による捲回体１０１の変形量が小さく、移動体等での使用形態に近付けることが難しい。また、拘束による捲回体１０１の変形後の形状が安定せず、即ち捲回体１０１の電極間距離が安定せず、良好な充電状態を確保することが難しい。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、良好な充電状態を確保することができる二次電池の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一形態に係る二次電池の製造方法は、正極シートとセパレータと負極シートとが積層された状態で捲回された捲回体が筐体内に収容された二次電池の製造方法であって、前記捲回体を前記筐体に収容する第１の工程と、前記捲回体を前記筐体に収容した状態で、前記筐体の外部から前記筐体を介して前記捲回体を高温圧縮する第２の工程と、を備える。
上述の二次電池の製造方法は、前記第２の工程において前記筐体を介して前記捲回体を高温圧縮した部分と略等しい部分を拘束しつつ、初期充電を行う第３の工程を備えることが好ましい。
上述の二次電池の製造方法は、前記第２の工程は、前記筐体の角部を除き、前記筐体の一方の主面及び他方の主面から前記捲回体を高温圧縮することが好ましい。
上述の二次電池の製造方法は、前記第２の工程は、真空度が０．５ｋＰａ以下、温度が９０℃〜１１０℃、荷重が０．７５ｋＮ〜３．０ｋＮの条件で行うことが好ましい。
上述の二次電池の製造方法は、前記第２の工程と前記第３の工程との間に、前記筐体に電解質を充填する第４の工程を備えることが好ましい。
以上、説明したように、本発明によると、良好な充電状態を確保することができる二次電池の製造方法を提供することができる。
本発明の実施の形態に係る二次電池の製造方法の工程を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態に係る二次電池の製造方法の工程を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態に係る二次電池の製造方法の工程を概略的に示す図である。 捲回体への加熱温度と圧縮荷重と充放電後の抵抗増加率との関係を示す図である。 従来の二次電池の製造方法の工程を概略的に示す図である。 従来の二次電池の製造方法の工程を概略的に示す図である。 従来の二次電池の製造方法の工程を概略的に示す図である。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。ここで、本明細書中で規定する方向は、図面を正面視した際の方向に基づいている。
本実施の形態の二次電池の製造方法は、初期充電時での筐体の拘束状態に近い状態、ひいては例えば移動体等での使用形態に近い状態で、捲回体を高温圧縮し、良好な充電状態を確保することを可能にしたものである。
先ず、本実施の形態の二次電池の製造方法の流れを説明する。図１に示すように、捲回体１の一方の主面（本実施の形態では上面）及び他方の主面（本実施の形態では下面）を圧縮する。
例えば、油圧プレス機の上側プレス板１０ａと下側プレス板１０ｂとの間に捲回体１を配置し、捲回体１を上側プレス板１０ａと下側プレス板１０ｂとで挟み込んで圧縮する。これにより、捲回体１が上下方向から圧縮されて当該捲回体１を筐体２に容易に収容することができる。ここで、捲回体１は、一般的な捲回体と同様に、図示を省略するが、正極シートとセパレータと負極シートとが積層された状態で捲回されている。
次に、図２に示すように、捲回体１を筐体２内に収容する。筐体２は、図示を省略するが、捲回体１の挿入口である開口を有する籠体と、当該開口を覆う蓋体と、を備えており、当該蓋体には、正極シートの端部に電気的に接続される正極端子と、負極シートの端部に電気的に接続される負極端子と、が設けられている。
つまり、籠体内に捲回体１を収容して、捲回体１における正極シートの端部を蓋体の正極端子に電気的に接続し、捲回体１における負極シートの端部を蓋体の負極端子に電気的に接続する。そして、蓋体を籠体に接合して筐体２内を密閉する。
ここで、従来の二次電池の製造方法は、上述したように、移動体等での使用形態に近付けるために捲回体を拘束した際に、捲回体を加熱していない。そのため、捲回体を拘束した際に当該捲回体の変形量が小さく、移動体等での使用形態に近付けることが難しい。よって、捲回体は移動体等での使用時に大きく変形する。また、捲回体を拘束した後の当該捲回体の形状が安定しない。そのため、捲回体の電極間距離が初期充電時と移動体等での使用時とで大きく変化し、充電ムラが生じて、抵抗が増加する。
そこで、本実施の形態では、移動体等での使用時の拘束部分と略等しい部分を高温圧縮する。詳細には、本実施の形態でも、移動体等での使用形態に近付けるために、初期充電時において、図３に示すように、捲回体１を拘束し易い部分、即ち筐体２の角部２ａを除く領域であって、筐体２の上面における角部２ａより内方領域及び筐体２の下面における角部２ａより内方領域を拘束する。
そのため、捲回体１の高温圧縮工程においても、図２に示すように、捲回体１が収容された筐体２の上面における角部２ａより内方領域及び筐体２の下面における角部２ａより内方領域を高温圧縮する。
例えば油圧プレス機の上側プレス板１０ａと筐体２の上面との間にスペーサ１１を配置し、さらに油圧プレス機の下側プレス板１０ｂと筐体２の下面との間にスペーサ１２を配置する。そして、上側プレス板１０ａ及び下側プレス板１０ｂを加熱して、スペーサ１１及びスペーサ１２を介して筐体２に熱を加えつつ、筐体２を上側プレス板１０ａと下側プレス板１０ｂとで挟み込み、筐体２を介して捲回体１を高温圧縮する。そして、捲回体１の高熱圧縮が完了した状態で、筐体２内に電解質３を充填する。
次に、図３に示すように、捲回体１及び電解質３が収容された筐体２を拘束しつつ、初期充電を行う。このとき、上述したように捲回体１における高温圧縮した部分と略等しい部分を拘束する。つまり、捲回体１が収容された筐体２の上面における角部２ａより内方領域及び第２の下面における角部２ａより内方領域を拘束する。
例えば拘束手段の上側拘束板１３ａと筐体２の上面との間にスペーサ１１を配置し、さらに拘束手段の下側拘束板１３ｂと筐体２の下面との間にスペーサ１２を配置する。そして、筐体２を介して捲回体１を上側拘束板１３ａと下側拘束板１３ｂとで挟み込んで拘束しつつ、初期充電を行う。
このような二次電池の製造方法は、移動体等での使用時の拘束部分と略等しい部分を高温圧縮するので、移動体等での使用形態に近い状態で捲回体１を圧縮固定することができる。そのため、捲回体１は初期充電時と移動体等での使用時とで変形量が小さく、捲回体１の電極間距離を安定させることができ、移動体等での使用時に充電ムラが生じ難く、抵抗の上昇を抑制することができる。したがって、良好な充電状態を確保することができる。
次に、捲回体１を高温圧縮する際の条件について説明する。図４は、捲回体１への加熱温度と圧縮荷重と充放電後の抵抗増加率との関係を示している。加熱温度は、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃である。一方、圧縮荷重は、０〜４．０ｋＮである。
図４の領域Ａから明らかなように、加熱温度が９０℃〜１１０℃であって、且つ圧縮荷重が０．７５ｋＮ〜３．０ｋＮの条件下では、抵抗増加率が低く、当該条件で捲回体１を高温圧縮すると、良好な充電状態を確保できる。なお、図中の直線Ｌは、従来の製造方法によって製造した二次電池のデータである。
ここで、捲回体１の局所的な酸化を防ぐために、０．５ｋＰａ以下の真空条件下で、捲回体１の高温圧縮を行うことが好ましい。
以上、本発明に係る二次電池の製造方法の実施の形態を説明したが、上記に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。例えば上記実施の形態では、捲回体１の上下面に荷重や熱を加えているが、捲回体１における荷重や熱を加える面は向かい合う面であれば良い。
１ 捲回体
２ 筐体、２ａ 角部
３ 電解質
１０ａ 上側プレス板
１０ｂ 下側プレス板
１１、１２ スペーサ
１３ａ 上側拘束板
１３ｂ 下側拘束板
１０１ 捲回体
１０２ 筐体
１０３ 電解質
１０４ スペーサ

Claims (5)

  1. 正極シートとセパレータと負極シートとが積層された状態で捲回された捲回体が筐体内に収容される二次電池の製造方法であって、
    前記捲回体を前記筐体に収容して前記筐体の開口を蓋体で覆う第１の工程と、
    前記捲回体を前記筐体に収容して前記筐体の開口を蓋体で覆った状態で、前記筐体の外部から前記筐体を介して前記捲回体を高温圧縮する第２の工程と、
    を備える二次電池の製造方法。
  2. 前記第２の工程において前記筐体を介して前記捲回体を高温圧縮した部分と略等しい部分を拘束しつつ、初期充電を行う第３の工程を備える請求項１に記載の二次電池の製造方法。
  3. 前記第２の工程は、前記筐体の角部を除き、前記筐体の一方の主面及び他方の主面から前記捲回体を高温圧縮する請求項１又は２に記載の二次電池の製造方法。
  4. 前記第２の工程は、真空度が０．５ｋＰａ以下、温度が９０℃〜１１０℃、荷重が０．７５ｋＮ〜３．０ｋＮの条件で行う請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二次電池の製造方法。
  5. 前記第２の工程と前記第３の工程との間に、前記筐体に電解質を充填する第４の工程を備える請求項２に記載の二次電池の製造方法。
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