JP6760213B2 - 二次電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は，二次電池の製造方法に関する。さらに詳細には，組み立てた二次電池の初期充電後に高温エージングを行う工程を含む製造方法に関するものである。

従来から，二次電池の製造過程では，組み立てて初期充電を行った二次電池を，高温エージングに供することが行われている（例えば特許文献１の図６）。高温エージング後における電池容量値により不良品検査を行うためである（特許文献１の［００６６］参照）。すなわち，不良品の二次電池においては，高温エージング後の電池容量値が正常な範囲から外れてしまうのである。

特開２０１２−８４３３２号公報

しかしながら前記した従来の技術には，次のような問題点があった。良品であっても高温エージング後の電池容量値が，個々の二次電池によりかなり異なるのである。このため，単純に電池容量値の良品範囲を設定するだけでは適切な良否検査ができない。高温エージング後の電池容量値がばらつく原因はいくつかある。例えば，電極活物質層の塗工厚のばらつきや，組み立て後初期充電までの保管期間の環境温度のばらつき等である。このため，複雑な検査工程を実施する必要があった。あるいは，不良品とすべき二次電池を良品と判定してしまうことがあった。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，良品であるとした場合の電池容量値のばらつきを抑えるように高温エージングを行うことで，良否検査を容易に行うことができるようにした二次電池の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様における二次電池の製造方法は，二次電池を組み立てる組立工程と，組み立てた二次電池を充電する初期充電工程と，初期充電工程後の二次電池を室温より高い温度の環境下で保持するエージングを行う高温エージング工程とを行うことにより二次電池を製造する方法である。ここにおいて，初期充電工程にて対象の二次電池の電池容量の取得を行う。そして，初期充電工程で取得した電池容量に基づいて対象の二次電池についての高温エージング工程のエージング条件を決定する条件決定工程を行う。よって，高温エージング工程では，条件決定工程で決定されたエージング条件に従って対象の二次電池のエージングを行う。上記の条件決定工程では，電池容量が大きいほど重く（高温または長時間），電池容量が小さいほど軽く（低温または短時間）なるようにエージング条件を決定する。

上記態様における二次電池の製造方法では，組立工程の後の初期充電工程にて，対象の二次電池の電池容量を取得する。これにより，個々の二次電池の高温エージング前の時点での電池容量が把握される。そして，高温エージング前の電池容量に応じて個々の二次電池ごとに設定した高温エージング条件で高温エージング工程を実施する。こうすることで，各二次電池の良品である場合の高温エージング工程後における電池容量がなるべく均一になるようにする。このため，その後の容量検査で容易にかつ適切に二次電池の良否判定を行うことができる。

本構成によれば，良品であるとした場合の電池容量値のばらつきを抑えるように高温エージングを行うことで，良否検査を容易に行うことができるようにした二次電池の製造方法が提供されている。

実施の形態に係る二次電池の製造方法の手順を示す工程図である。 二次電池の一例を示す斜視図である。 実施の形態における初期充電工程での充電電流および電池電圧の時間による変化を示すグラフである。 高温エージング前の電池容量によるエージング温度の設定手順を説明するグラフである。 高温エージング後の電池容量を一定とするための，高温エージング前の電池容量とエージング温度との関係を示すグラフである。 高温エージング後の電池容量を一定とするための，高温エージング前の電池容量とエージング時間との関係を示すグラフである。 実施の形態における高温エージング工程の条件設定のフロー図である。 同一の条件で高温エージングを行う二次電池同士を拘束した状態を示す正面図である。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態では，図１に示す手順で二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）を製造する。図１の製造手順は，組立工程と，初期充電工程と，高温エージング工程と，自己放電検査工程と，容量検査工程と，電圧調整工程とを有している。

組立工程は，二次電池の構成部品を互いに組付けて一体化する工程である。これにより，例えば図２に示すような二次電池１００が作製される。図２の二次電池１００は，電池ケース本体１８１と封口蓋１８２とを組付けてなる電池ケース１８０の内部に電極体１５０を収納したものである。封口蓋１８２には，正負の端子１９１，１９２が設けられている。電極体１５０は，正極板と負極板とを，セパレータを介して交互に積層したものである。また，図２には現れていないが，電池ケース１８０内には電解液も封入されている。

初期充電工程は，組み立てた二次電池を充電するとともに活性化する工程である。本形態ではここで，後述するように対象の二次電池の電池容量の測定も行う。高温エージング工程は，初期充電工程後の二次電池を高温下（５５〜７０℃程度）で保持する工程である。この高温エージングにより，組立工程時までに金属性異物が混入した二次電池とそうでない二次電池とで，電池容量に差が生じる。そして，高温エージング工程を経た二次電池は，自己放電や電池容量の検査で不良品が排除された後，電圧調整された上で出荷されるのである。

本形態の二次電池の製造方法における初期充電工程では，対象の二次電池の初期充電を行うとともに，前述のように電池容量を測定する。初期充電工程での電池容量の測定について図３により説明する。図３のグラフでは，横軸が時間を示しており，左の縦軸は電池電圧を，右の縦軸は充電電流を示している。図３から明らかなように初期充電工程では，時刻ｔ１から時刻ｔ２まで一定の充電電流Ｉｃを二次電池に印加している。これにより電池電圧は，充電開始時（時刻ｔ１）のＶ１から充電終了時（時刻ｔ２）のＶ２まで上昇している。この電池電圧の上昇が，初期充電の本来の目的である。

この初期充電工程において，充電電流Ｉｃと充電期間Ｔの長さ（時刻ｔ２−時刻ｔ１）との積が，対象の二次電池の電池容量を表している。すなわち電池容量Ｃは，（１）式で算出される。ただし厳密にいえばこれは，電圧Ｖ１に相当する充電率と電圧Ｖ２に相当する充電率との間での区間容量に該当する。この電池容量Ｃの値（単位はＡｈ）を取得することで，初期充電工程にて対象の二次電池の電池容量の測定がなされたことになる。
Ｃ ＝ Ｉｃ×（ｔ２−ｔ１） ……（１）

このようにして取得される電池容量Ｃは，同一仕様でかつ良品の二次電池についても個々の二次電池によりばらつく傾向がある。ばらつく原因は前述の通りである。そこで本形態では，初期充電工程の後の高温エージング工程にて，その調整を行う。すなわち，高温エージング工程の実施により二次電池の電池容量は低下するのだが，その低下幅は高温エージング工程の条件により異なる。エージング条件としては，エージング温度とエージング時間とが挙げられる。エージング温度については，高温であるほど電池容量の低下幅が大きく低温であるほど低下幅が小さい。エージング時間については，長時間であるほど電池容量の低下幅が大きく短時間であるほど低下幅が小さい。そこでここでは，エージング温度が高温であることやエージング時間が長時間であることを重いエージング条件といい，エージング温度が低温であることやエージング時間が短時間であることを軽いエージング条件という。

そこで，高温エージング前の電池容量が小さければエージング条件を軽くし，高温エージング前の電池容量が大きければエージング条件を重くすればよい。これにより，高温エージング後の電池容量を，同一仕様でかつ良品の二次電池についてはほぼ一定とすることができる。このためのエージング条件の設定を，初期充電工程で取得した前述の電池容量Ｃに基づいて行うのである。

この条件設定について，図４を用いて説明する。図４では，横軸を温度とし，縦軸を電池容量としている。図４中に黒丸印で示すのが，初期充電工程で取得した電池容量Ｃが狙い通りであった二次電池についてのプロットである。黒三角印は，同一仕様であるが初期充電工程で取得した電池容量Ｃが狙いからずれていた二次電池についてのプロットである。図４中左上の方に，初期充電工程直後の状態での黒丸印（Ｃ１）と黒三角印（Ｃ２）とを示す。すなわち，「Ｃ１」が高温エージング前の電池容量Ｃの狙い値である。「Ｃ２」は狙い値より少し高い容量値であり，その差は「ΔＣ」である。ただし，「Ｃ２」の二次電池が必ずしも不良品であるという訳ではない。

図４中の右下寄りの位置の実線Ｌ１とその上の３つの黒丸印は，「Ｃ１」の二次電池の高温エージング後の電池容量を示している。ここでは，エージング時間を一定とし，エージング温度を振った場合を示している。前述のように，エージング温度が高い（重い条件）ほど電池容量値が低く，エージング温度が低い（軽い条件）ほど電池容量値が高くなっている。そこで，実線Ｌ１と，高温エージング後の狙いの電池容量Ｃｔの水平線との交点により，標準のエージング温度τ１を定めることができる。

しかしながら，「Ｃ２」の二次電池の高温エージング後の電池容量は，実線Ｌ１ではなく破線Ｌ２とその上の３つの黒三角印のようになる。前述の容量差ΔＣのためである。このため，「Ｃ２」の二次電池について同様にエージング温度τ１で高温エージングを行うと，その後の電池容量Ｃｓは，ＣｔにΔＣを加算した値となってしまう。よって「Ｃ２」の二次電池は，高温エージング後の電池容量による良否検査で不良品と判定されてしまうおそれがある。あるいは，電池容量Ｃｓが良品範囲内となるように判定基準を定めると，不良品とされるべき二次電池が良品と判定されてしまうおそれがある。

このため「Ｃ２」の二次電池については，温度τ１ではなく別の温度で高温エージングを行うべきである。そこで，破線Ｌ２と電池容量Ｃｔの水平線との交点により，「Ｃ２」の二次電池用のエージング温度τ２を定める。エージング温度τ２はいわば，高温エージング前の電池容量の差ΔＣに基づいて標準のエージング温度τ１を補正したエージング温度であるといえる。このように，「Ｃ１」の二次電池と「Ｃ２」の二次電池とでエージング温度を分けることにより，高温エージング後の電池容量を狙いの値Ｃｔに揃えるのである。なお，図４ではエージング時間を一定としエージング温度を振る場合を説明したが，逆に，エージング温度を一定としエージング時間を振る場合でも同様の考えで個々のエージング時間を定めることができる。

上記のようなエージング条件の設定は実際には，図５のグラフあるいは図６のグラフを用いて行うことができる。図５のグラフは，同一仕様でかつ良品の二次電池の高温エージング後の電池容量を狙いの一定値とするための，電池容量Ｃとエージング温度との関係を示すグラフである。図５のグラフでは，エージング温度に関わらずエージング時間は一定（例えば５０ｈ）としている。一方，図６のグラフは，同一仕様でかつ良品の二次電池の高温エージング後の電池容量を狙いの一定値とするための，電池容量Ｃとエージング時間との関係を示すグラフである。図６のグラフでは，エージング時間に関わらずエージング温度は一定（例えば６２．５℃）としている。これらのグラフは，あらかじめ，同一仕様でかつ良品である多数の二次電池を用いた試験により取得しておく。

よって本形態では，図７に示すフローにより，エージング条件を設定して高温エージング工程を実施することができる。すなわち，まず初期充電工程で前述のように電池容量を取得する（＃１）。これが，高温エージング前の電池容量Ｃである。すると，この電池容量Ｃを図５もしくは図６のグラフに当てはめることで，個々の二次電池についての高温エージング工程の条件を決定することができる（＃２）。エージング温度の調整により決定する場合には図５を用い，エージング時間の調整により決定する場合には図６を用いる。

このようにして決定されたエージング条件に基づき，高温エージング工程の実施単位を設定する（＃３）。エージング条件は個々の二次電池ごとに決定されているので，高温エージング工程は，同一のエージング条件が決定されている二次電池を集めて実施することとなる。そのため図８に示すように，電池容量Ｃの値がごく近い二次電池１００同士を拘束ジグ１０１で拘束して一体化する。この一体化したものを高温エージング工程の１つの実施単位とする。各二次電池を単独で１つの実施単位とすることがあってもよい。このようにして各二次電池ごとに決定されたエージング条件に従って，高温エージング工程が実施される（＃４）。こうして行った高温エージング工程後の二次電池の電池容量は，良品であれば比較的狭い範囲内に分布しているはずである。

よって，高温エージング工程より後に改めて電池容量を測定することで，その測定値により二次電池の良否検査を行うことができる（容量検査工程）。そのためには，測定値に対して単純に良品範囲を設定しておくだけの簡単な検査アルゴリズムで十分である。電池容量のばらつきを抑制するような別途の工程を行うことは必須ではない。

そのための容量測定そのものは，例えば特許文献１の［００６９］に記載されているような公知の方法で行えばよい。もし，この時点で測定された電池容量が前述の良品範囲から外れている場合には，その二次電池は何らかの不良品であると解される。また，電池容量による検査に加えて，自己放電による検査を合わせて行うこともできる（自己放電検査工程）。その検査方法も公知のものでよい。例えば，特許文献１の［０００５］に記載されているように，所定時間放置したときの電池電圧値の低下状況に基づいて検査することができる。なお，容量検査工程と自己放電検査工程との順序は任意である。このようにして不良品が排除された二次電池は，再び充電されて電池電圧値が調整された上で出荷されることとなる。

以上詳細に説明したように本実施の形態によれば，組立工程の後の初期充電工程にて，対象の二次電池の電池容量を取得する。これにより，個々の二次電池の高温エージング前の時点での電池容量Ｃを把握する。そして，電池容量Ｃに応じて個々の二次電池ごとに設定した高温エージング条件で高温エージング工程を実施する。こうすることで，各二次電池の良品である場合の高温エージング工程後における電池容量がなるべく均一になるようにする。このため，その後の容量検査で適切に二次電池の良否判定を行うことができる。このようにすることで，良否検査を適切に行うことができるようにした二次電池の製造方法が実現されている。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，高温エージング工程後の良否検査は，容量検査だけでもよい。また，初期充電工程における充電電流は一定でなくてもよい。その場合の電池容量Ｃ（高温エージング前の電池容量）は，充電電流値を充電開始から充電終了まで時間積分して算出すればよい。また，電池容量Ｃそのもので直ちに良否判定を行う訳ではないとしたが，電池容量Ｃが通常の範囲から極端に外れているものについてはその時点で不良判定をしてもよい。また，電池容量Ｃに基づく高温エージング条件の設定においては，エージング温度とエージング時間との両方を調整するようにしてもよい。

１００ 二次電池
Ｃ 初期充電工程で取得した電池容量
Ｉｃ 充電電流
Ｔ 充電期間

Claims (1)

1. 二次電池を組み立てる組立工程と，
   組み立てた二次電池を充電する初期充電工程と，
   初期充電工程後の二次電池を室温より高い温度の環境下で保持するエージングを行う高温エージング工程とを行うことによる二次電池の製造方法であって，
   前記初期充電工程にて対象の二次電池の電池容量の取得を行い，
   前記初期充電工程で取得した電池容量に基づいて対象の二次電池についての前記高温エージング工程のエージング条件を決定する条件決定工程を行い，
   前記高温エージング工程では，前記条件決定工程で決定されたエージング条件に従って対象の二次電池のエージングを行い，
   前記条件決定工程では，電池容量が大きいほどエージング時間が長く電池容量が小さいほどエージング時間が短くなるように，または電池容量が大きいほどエージング温度が高温となり電池容量が小さいほどエージング温度が低温となるように，エージング条件を決定することを特徴とする二次電池の製造方法。

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