JP7041847B2 - 非水系二次電池の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、非水系二次電池の製造方法に関する。
特開2015-060831号公報では、非水電解質二次電池に関する発明が開示されている。同公報では、電極体をケース本体の開口部から内部に収め、開口部に蓋を装着し、蓋とケース本体との嵌合部を全周に亘ってレーザ溶接することが開示されている。
特開2016-2562号公報では、扁平な直方体からなる、いわゆる角型のケース本体と、ケース本体の一側面が開口した開口部に装着されるプレート状の蓋とが用意され、ケース本体の開口部に、蓋を装着し、開口部の周縁部に沿って、ケース本体の開口部と蓋とが全周に亘ってレーザ溶接されることが開示されている。
特開2015-060831号公報 特開2016-2562号公報
ところで、非水系二次電池では、ケース本体の開口部と蓋とが全周に亘ってレーザ溶接されて、ケース本体の開口部が気密に封止されている。ケース本体の開口部と蓋の組付けには、部品形状や寸法に高い精度が必要とされているものの、部品寸法とその公差から互いにラップする部分が生じうる。このため、蓋をケース本体の開口部に装着する際には、蓋とケース本体とが擦れ合う。
ここで提案される非水系二次電池の製造方法は、ケース本体を用意する工程と、蓋を用意する工程と、潤滑剤を塗布する工程と、蓋を組付ける工程とを含んでいる。
ケース本体を用意する工程では、ケース本体が用意される。ここで用意されるケース本体は、電極体を収容する収容空間と、収容空間に電極体を挿入するための開口部とを有している。
蓋を用意する工程では、開口部に装着される蓋が用意される。
潤滑剤を塗布する工程では、ケース本体と蓋とが当接する当接箇所の少なくとも一部に潤滑剤が塗布される。
開口部に蓋を組付ける工程では、当接箇所に潤滑剤が塗布された状態で、開口部に蓋が組付けられる。ここで、潤滑剤は、非水系二次電池用の非水電解液の溶媒であるとよい。
かかる非水系二次電池の製造方法によれば、開口部に蓋が組付けられる際の摩擦が軽減され、異物の発生が少なく抑えられる。
ここで、潤滑剤を塗布する工程では、ケース本体および前記蓋のうち少なくとも一方に潤滑剤が塗布されてもよい。
また、ケース本体の開口部は、開口部の縁に沿って複数の直線部と複数のR部とを有し、かつ、当接箇所は、開口部の縁に沿って複数の直線部と複数のR部とを有していてもよい。この場合、潤滑剤を塗布する工程において、潤滑剤は、当接箇所のうち少なくとも複数のR部に塗布されるとよい。
また、ケース本体の開口部は、略長方形であり、内側の側壁に沿って段差を有していてもよい。この場合、蓋は、開口部に装着される略長方形のプレート材であるとよい。潤滑剤を塗布する工程において、潤滑剤は、略長方形の開口部の角部と蓋の角部とのうち少なくとも一方に塗布されるとよい。
また、潤滑剤は、例えば、環状カーボネート系溶媒と鎖状カーボネート系溶媒とエーテル系溶媒のうち少なくとも一種の材料でありうる。
潤滑剤は、例えば、エチルメチルカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルエーテル、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネートおよびジメチルカーボネートのうち少なくとも1種の材料でありうる。
図1は、非水系二次電池の製造方法の工程を模式的に示す模式図である。 図2は、非水系二次電池の製造方法の工程を模式的に示す模式図である。 図3は、ケース本体41の開口部41bの平面図である。 図4は、ケース本体41の開口部41bに蓋42が装着された状態を示す平面図である。
以下、ここで提案される非水系二次電池の製造方法の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。
図1および図2は、ここで提案される非水系二次電池の製造方法の工程を模式的に示す模式図である。
ここで提案される非水系二次電池の製造方法は、ケース本体41(図1および図2参照)を用意する工程と、蓋42(図1および図2参照)を用意する工程と、潤滑剤(図示省略)を塗布する工程と、開口部41bに蓋42を組付ける工程とを備えている。
ケース本体41を用意する工程では、ケース本体41が用意される。ここで用意されるケース本体41は、図1および図2に示されているように、電極体20を収容する収容空間41aと、収容空間41aに電極体20を挿入するための開口部41bとを有しているとよい。蓋42を用意する工程では、開口部41bに装着される蓋42が用意される。
ケース本体41および蓋42の形状は、特に言及されない限りにおいて限定されない。図1および図2に示された形態では、ケース本体41は、例えば、扁平な略直方体形状であるいわゆる角型のアルミケースであり得る。ケース本体41は、扁平な形状に成形された電極体20を収容しうる収容空間41aを有している。
ケース本体41の一平面は、開口している。この実施形態では、扁平な略直方体のケース本体41のうち、最も面積が広い幅広面の一方の長辺に沿って直交する側面が開口している。当該開口は、収容空間41aに電極体20を収容するための開口部41bとなっている。図3は、ケース本体41の開口部41bの平面図である。この実施形態では、ケース本体41の開口部41bには、内側面側の縁に段差41b1が設けられている。当該段差41b1に蓋42(図1および図2参照)が装着される。図4は、ケース本体41の開口部41bに蓋42が装着された状態を示す平面図である。なお、この実施形態では、段差41b1は、ケース本体41の開口部41bの全周に設けられているが、これに限定されない。段差41b1は、ケース本体41の開口部41bの全周になくてもよく、一部にあるとよい。例えば、段差41b1は、ケース本体41の開口部41bの短辺のみに沿って設けられていてもよい。
電極体20は、いわゆる電池要素である。なお、電極体20の具体的な形態は、特に限定されない限りにおいて、ここで例示される形態に限定されない。ここで例示される電極体20は、詳細な図示は省略されているが、例えば、セパレータシートを介在させて、正極シートと負極シートとを重ねた、いわゆる積層型の電極体でもよい。また、電極体20の他の形態として、正極シートと、第1のセパレータシートと、負極シートと、第2のセパレータシートとを、それぞれ長尺の帯状の部材とする。電極体20は、長尺の帯状の第1のセパレータシートまたは第2のセパレータシートを介在させて、正極シートと負極シートとを重ねて捲回した、いわゆる捲回電極体でもよい。
正極シートは、例えば、正極集電箔(例えば、アルミニウム箔)に、幅方向の片側の端部に一定の幅で設定された未形成部を除いて、正極活物質を含む正極活物質層が両面に形成されているとよい。正極集電箔で正極活物質層が形成されない未形成部は、電極体20の正極集電部20aとなりうる。正極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、リチウム遷移金属複合材料のように、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸収しうる材料である。正極活物質は、一般的にリチウム遷移金属複合材料以外にも種々提案されており、特に限定されない。
負極シートは、負極集電箔(例えば、銅箔)に、幅方向の片側の縁に一定の幅で設定された未形成部を除いて、負極活物質を含む負極活物質層が両面に形成されているとよい。負極集電箔で負極活物質層が形成されない未形成部は、電極体20の負極集電部20bとなりうる。負極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、天然黒鉛のように、充電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時に吸蔵したリチウムイオンを放電時に放出しうる材料である。負極活物質は、一般的に天然黒鉛以外にも種々提案されており、特に限定されない。
セパレータシートには、例えば、所要の耐熱性を有する電解質が通過しうる多孔質の樹脂シートが用いられる。セパレータシートについても種々提案されており、特に限定されない。負極シートの負極活物質層は、セパレータシートを介在させた状態で正極シートの正極活物質層を覆っているとよい。セパレータシートは、さらに正極シートの正極活物質層および負極シートの負極活物質層を覆っているとよい。
図1および図2に示された実施形態では、電極体20は、捲回電極体であり、ケース本体41の収容空間41aに収容可能なように扁平な略矩形の形状に捲回されている。この際、正極集電部20aとしての未形成部と負極集電部20bとしての未形成部とは、幅方向(長辺方向)において互いに反対側に向けられている。そして、正極集電部20aとしての未形成部は、セパレータシート23の幅方向の片側にはみ出ている。負極集電部20bとしての未形成部は、幅方向の反対側においてセパレータシート23からはみ出ている。
蓋42は、ケース本体41の開口部41bに装着される。この実施形態では、ケース本体41の開口部41bには、内側面側の縁に段差41b1が設けられている。蓋42は当該段差41b1に嵌まりうるプレート状の部材である。また、この実施形態では、蓋42には、正極端子31および負極端子32が取付けられている。正極端子31および負極端子32には、ケース本体41内に延びるように集電片31a,32aがそれぞれ設けられている。正極端子31の集電片31aには、電極体20の正極集電部20aが、例えば、溶接によって取付けられる。負極端子32の集電片32aには、電極体20の負極集電部20bが取付けられる。蓋42には、図4に示されているように、注液穴42dおよび安全弁42eが設けられている。ケース本体41に蓋42が組付けられるときには、注液穴42dは開口している。ケース本体41に蓋42が組付けられ、ケース本体41に蓋42が溶接され、ケース本体41に電解液が注液された後において、注液穴42dは封止される。
この実施形態では、図1および図2に示されているように、蓋42に電極体20が取付けられた状態で、ケース本体41に電極体20を収めつつ、蓋42がケース本体41に装着される。この際、例えば、図1に示されているように、蓋42に取付けられた電極体20が上方に向けられ、ケース本体41の開口部41bが下に向けられ、電極体20の上に配置される。次に、図2に示されているように、ケース本体41に対して蓋42が相対的に上方に移動されて、電極体20が開口部41bからケース本体41に入れられる。そして、電極体20が収容空間41aに収められ、蓋42が開口部41bの段差41b1に装着される。なお、電極体20を収容空間41aに収める際の向きなどは、図示例に限定されない。また、かかる工程において、例えば、ケース本体41や蓋42は、適当な治具によって支持され、自動組立ロボットのロボットアームなどによって適当な位置合わせが行われて装着されるとよい。このように、ケース本体41の開口部41bに対して下から蓋42が装着されることによって、装着時に異物が生じても、異物がケース本体41内に入りにくい。
蓋42は、ケース本体41と同種のアルミ材で成形されている。蓋42は、ケース本体41の段差41b1に収められた状態で、レーザ溶接によって溶接される。この際、蓋42とケース本体41とは、隙間無く溶着される。ここで、レーザ溶接によって蓋42とケース本体41との隙間が埋まるように、ケース本体41の段差41b1及び蓋42の形状は隙間が小さくなるように精度良く成形されている。ただし、寸法公差の範囲において、ケース本体41に蓋42を装着する際にケース本体41と蓋42とが擦れ合う場合がある。
例えば、ケース本体41の開口部41bの内側の側壁41b2(図3参照)に対して蓋42の周縁部42aが擦れ合う場合がある。このように略長方形の開口部41bでは、開口部41bの角部41cの周辺で剛性が高くなる。このため、開口部41bの角部41cおよび角部41cの周辺において、開口部41bの側壁41b2と蓋42の周縁部42aとが擦れ合いやすい。
潤滑剤を塗布する工程では、ケース本体41の開口部41bに蓋42を装着する際に、ケース本体41と蓋42とが当接する当接箇所に潤滑剤(図示省略)が塗布される。
当接箇所は、ケース本体41と蓋42の形状によるが、図1および図2に示された形態では、ケース本体41の開口部41bの側壁41b2や段差41b1、蓋42の周縁部42aが当接箇所に相当する。
ここで、潤滑剤は、一般的に非水系二次電池に用いられる非水電解液の溶媒であるとよい。非水系二次電池用の非水電解液の溶媒としては、所要の電圧耐性を有する有機溶媒が用いられうる。所要の電圧は、非水系二次電池に充放電時に生じる電圧により定められうる。非水系二次電池用の非水電解液の溶媒であれば、電池ケース内に残留しても問題は生じにくい。なお、潤滑剤として用いられる非水系二次電池用の非水電解液の溶媒は、ここで製造される非水系二次電池に用いられる非水電解液の溶媒に限定されない。
非水系二次電池用の非水電解液の溶媒としては、環状カーボネート系溶媒と鎖状カーボネート系溶媒とエーテル系溶媒のうち少なくとも一種の材料からなる溶媒が例示されうる。具体的には、エチルメチルカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルエーテル、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネートおよびジメチルカーボネートのうち少なくとも1種の材料からなる材料が用いられうる。ここで具体的に例示されるこれらの材料は、単独で用いられてもよいし、適宜に混合されてもよい。また、これらの材料は、揮発性が高いので後工程で揮発する。また非水系二次電池用の非水電解液の溶媒として用いられる材料であるので、揮発せずに残留しても後工程で特段の影響がない。また、ここで挙げられる材料は、上述したように潤滑剤として用いられた後にセル内に残留しても電池性能への影響はほとんどなく、溶接部への付着の影響もほとんどない。
なお、潤滑剤として適さない例として、プレス油やグリスのように塩素や硫黄を含みケース本体41や蓋42に用いられているアルミと反応しうるようなもの適当でない。また、ケース本体41や蓋42を腐食させるものや揮発しにくいものも適当でない。揮発しにくいは、セル内に残留しやすい。また、揮発しにくいものは、ケース本体41と蓋42とを溶接するときに悪影響を生じさせうるので、潤滑剤として適当でない。
開口部41bに蓋42を組付ける工程では、当接箇所に潤滑剤が塗布された状態で、開口部41bに蓋42が装着される。この際、開口部41bと蓋42との当接箇所に潤滑剤が塗布されているので、蓋42を開口部41bに装着する際の摩擦が軽減される。この際、例えば、形状寸法の公差内であっても、蓋42と開口部41bが装着される箇所が重なる場合がある。この場合は、蓋42と開口部41bとが擦れ合う。ここで提案される製造方法によれば、開口部41bと蓋42との当接箇所に潤滑剤が塗布されているので、蓋42と開口部41bとが擦れ合っても微小な異物が生じにくい。また、開口部41bと蓋42との当接箇所に塗布された潤滑剤は、開口部41bに蓋42を装着する際に、当接箇所から押し出される。このため、蓋42と開口部41bとが擦れ合って異物が生じたとしても、異物は、開口部41bに蓋42を装着する際に、潤滑剤と一緒に当接箇所から押し出される。このため、開口部41bに蓋42を装着する際に生じる異物が、ケース本体41の収容空間41aに入りにくい。このように、ここで提案される製造方法によれば、開口部41bに蓋42が組付けられる際の摩擦が軽減され、かつ、異物の発生が少なく抑えられる。
ここで提案される製造方法によれば、擦れ合っても微小な異物が生じにくく、異物が発生してもケース本体41の収容空間41aに入りにくい。このため、ここで提案される製造方法は、擦れ合ったときに異物を発生させやすい材料が、ケース本体41や蓋42に用いられている場合に好適である。ここで提案される製造方法は、例えば、ケース本体41や蓋42にアルミニウムやアルミ合金が用いられている場合に好適である。
ここで、潤滑剤を塗布する工程では、ケース本体41および蓋42のうち少なくとも一方に潤滑剤が塗布されるとよい。例えば、上述した実施形態では、ケース本体41の開口部41bの側壁41b2や段差41b1、蓋42の周縁部42aが当接箇所に相当する。潤滑剤は、ケース本体41の開口部41bの内側の側壁41b2と、蓋42の周縁部42aの何れか一方に塗布されるとよい。また、ケース本体41の開口部41bの内側の側壁41b2と、蓋42の周縁部42aの両方に塗布されてもよい。
また、上述した実施形態では、ケース本体41の開口部41bは、略長方形であり、内側の側壁41b2に沿って段差41b1を有している。蓋42は、開口部41bに装着される略長方形のプレート材である。ここで、蓋42は、ケース本体41の開口部41bの形状に応じた略長方形のプレート材であるが、ケース本体41の開口部41bに概ねぴったりと嵌まるように成形されている。さらに、開口部41bに蓋42が軽く圧入して組付けられる場合がある。
このような場合には、特に、略長方形の開口部41bの角部41cを含む角部41cの周辺の剛性が高い。そして、蓋42が開口部41bに組付けられる際に、当該角部41cの周辺と、蓋42の角部42cを含む角部42cの周辺とが擦れ合いやすい。当該角部41cの周辺と、蓋42の角部42cを含む角部42cの周辺とが擦れ合いやすい。このため、潤滑剤を塗布する工程において、潤滑剤は、略長方形の開口部41bの角部41cと蓋42の角部42cとのうち少なくとも一方に塗布されるとよい。ここで、開口部41bの角部41cには、略長方形の開口部41bの角部41cの周辺が含まれうる。蓋42の角部42cには、角部42cの周辺が含まれうる。つまり、潤滑剤が塗布される箇所は、開口部41bの角部41cおよび角部41cの周辺と蓋42の角部42cおよび角部42cの周辺の何れか一方でもよい。また、開口部41bの角部41cおよび角部41cの周辺と蓋42の角部42cおよび角部42cの周辺の両方でもよい。
ここで、開口部41bの角部41cの周辺と蓋42の角部42cの周辺は、例えば、角部41c、42cの周辺の長辺側では、それぞれ短辺から少なくとも20mm以上、短辺側では、それぞれ長辺から1mm以上であるとよい。
さらに、蓋42に塗布する場合には、蓋42をケース本体41に挿入する側から1mm以上の高さに塗布されているとよい。
なお、角部41c、42cの周辺は、ここに例示される範囲に限らない。角部41c、42cの周辺において、ケース本体41の開口部41bと蓋42とが擦れ合いやすい部位を、角部41c、42cの周辺とするとよい。
また、角部41c、42cの周辺以外でも、ケース本体41の開口部41bと蓋42とが擦れ合いやすい部位には、潤滑剤が塗布されるとよい。
なお、潤滑剤の塗布は、自動組立ロボットのロボットアームによって操作され、ケース本体41の開口部41bや蓋42の予め定められた適当な位置に適当な量が塗布されるとよい。この場合、潤滑剤は、例えば、シリンダに収容され、適量が供給されるように構成されていてもよいし、ノズルなどから適量が吹き付けられるものでもよい。潤滑剤の塗布量は、ケース本体41の開口部41bと蓋42との摩擦が軽減され、かつ、後工程において、適当なタイミングで潤滑剤が揮発し、残留しない程度に、潤滑剤の種類や塗布する場所などに応じて調整されるとよい。また、潤滑剤の塗布量は、ケース本体41の開口部41bと蓋42と組付けられる際に発生した異物を排出するとの観点において、開口部41bと蓋42と組付けられる際にケース本体41の外に余剰の潤滑剤が出る程度に調整されるとよい。
また、この実施形態では開口部41bと蓋42がそれぞれ扁平な略長方形である場合を例示している。ケース本体41の開口部41bと蓋42の形状は、かかる形状に限定されない。例えば、ケース本体41の開口部41bと蓋42の形状は、円や楕円でもよい。この場合、潤滑剤を塗布する工程では、ケース本体41の開口部41bと蓋42の周縁部において、例えば、全周に亘って潤滑剤が塗布されるとよい。また、ケース本体41の開口部41bと蓋42の周縁部において、形状や組付け方法によって、特に、擦れ合いやすい場所が特定できる場合には、ケース本体41の開口部41bと蓋42の周縁部のうち、特に擦れ合いやすい場所に、潤滑剤が塗布されるとよい。
また、ケース本体41の開口部41bと蓋42の形状が、例えば、略多角形形状である場合には、ケース本体41の開口部41bは、開口部41bの縁に沿って複数の直線部と複数のR部とを有している。この場合、当接箇所についても、開口部の縁に沿って複数の直線部と複数のR部とを有している。このような場合には、潤滑剤を塗布する工程において、潤滑剤は、当接箇所のうち少なくとも複数のR部に塗布されるとよい。また、R部は直線部よりも剛性が高いため、擦れ合いやすく、擦れ合ったときに傷が生じやすい。このため、潤滑剤は、当接箇所のうち少なくともR部に塗布されるとよい。
このように、ケース本体41の開口部41bと蓋42の形状は、特段の言及がない限りにおいて、略長方形であることに限定されない。なお、ケース本体41の開口部41bと蓋42の形状が上述のような略長方形である場合には、角部41c,42cがR部に相当する。また、長辺と短辺が、直線部に相当する。
また、この実施形態では、ケース本体41の開口部41bの内側に蓋42が装着される形態が例示されている。かかる形態に限定されない。例えば、特開2015-60831号のように、蓋がキャップのようにケース本体の開口部に被さる部位と、被さる部位の周囲から立ち上がった壁部とを有していてもよい。この場合、ケース本体の開口部を覆うように蓋がケース本体の開口部に被せられ、ケース本体の開口部の外側面と、蓋の壁部の内側面とが接触する。そして、ケース本体の開口部の外側面と、蓋の壁部の内側面とがレーザ溶接される。この場合も、ケース本体と蓋とが当接する当接箇所の少なくとも一部に潤滑剤を塗布し、当接箇所に潤滑剤が塗布された状態で、開口部に蓋を組付けることによって、組付けられるケース本体と蓋との摩擦が軽減されうる。また、潤滑剤には、非水系二次電池用の非水電解液の溶媒が用いられるとよい。
このように、ここで提案される非水系二次電池の製造方法は、ケース本体の開口部に蓋が装着される形態の非水系二次電池に広く適用されうる。また、ケース本体の開口部に蓋が装着される形態において、ケース本体の開口部や蓋の形状や組付け構造に特段限定されず適用されうる。
以上、ここで提案される非水系二次電池の製造方法について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた非水系二次電池の製造方法の実施形態などは、本発明を限定しない。
20 電極体
20a 正極集電部
20b 負極集電部
23 セパレータシート
31 正極端子
31a 正極端子31の集電片
32 負極端子
32a 負極端子32の集電片
41 ケース本体
41a 収容空間
41b 開口部
41b1 段差
41b2 側壁
41c 角部
42 蓋
42a 周縁部
42c 角部
42d 注液穴
42e 安全弁

Claims (6)

  1. 電極体を収容する収容空間と、前記収容空間に前記電極体を挿入するための開口部とを有するケース本体を用意する工程と、
    前記開口部に装着される蓋を用意する工程と、
    前記開口部に蓋を組付ける工程と
    を備え、
    前記開口部に蓋を組付ける工程は、
    前記ケース本体と前記蓋とが当接する当接箇所の少なくとも一部に潤滑剤を塗布する工程を含み、前記当接箇所に潤滑剤が塗布された状態で、前記開口部に前記組付けられ、かつ、前記潤滑剤が非水系二次電池用の非水電解液の溶媒である、
    非水系二次電池の製造方法。
  2. 前記潤滑剤を塗布する工程では、前記ケース本体および前記蓋のうち少なくとも一方に潤滑剤が塗布される、請求項1に記載された非水系二次電池の製造方法。
  3. 前記ケース本体の開口部は、前記開口部の縁に沿って複数の直線部と複数のR部とを有し、かつ、前記当接箇所は、前記開口部の縁に沿って複数の直線部と複数のR部とを有しており、
    前記潤滑剤を塗布する工程において、前記潤滑剤は、前記当接箇所のうち少なくとも前記複数のR部に塗布される、請求項1または2に記載された非水系二次電池の製造方法。
  4. 前記ケース本体の開口部は、略長方形であり、内側の側壁に沿って段差を有しており、
    前記蓋は、当該開口部に装着される略長方形のプレート材であり、
    前記潤滑剤を塗布する工程において、前記潤滑剤は、略長方形の開口部の角部と前記蓋の角部とのうち少なくとも一方に塗布される、請求項1または2に記載された非水系二次電池の製造方法。
  5. 前記潤滑剤は、環状カーボネート系溶媒と鎖状カーボネート系溶媒とエーテル系溶媒のうち少なくとも一種の材料である、請求項1から4までの何れか一項に記載された非水系二次電池の製造方法。
  6. 前記潤滑剤は、エチルメチルカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルエーテル、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネートおよびジメチルカーボネートのうち少なくとも1種の材料である、請求項1から5までの何れか一項に記載された非水系二次電池の製造方法。
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