JP7238372B2 - Method for manufacturing secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、例えばリチウムイオン電池などの二次電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a secondary battery such as a lithium ion battery.
従来、この種の二次電池の製造方法として、例えば特許文献1に示すものが知られている。こうした二次電池の製造方法は、正極と負極とが合成樹脂製のセパレータを介して交互に複数積層されてなる電極積層体及び電解液をラミネートフィルムによって形成された外装体で封止して仮電池を形成する工程と、仮電池を加圧した状態で充電する工程と、充電した仮電池を高温環境下でエージングする工程とを備えている。 Conventionally, as a method for manufacturing this type of secondary battery, for example, the method disclosed in Patent Document 1 is known. In the manufacturing method of such a secondary battery, an electrode laminate in which a plurality of positive and negative electrodes are alternately laminated via a synthetic resin separator and an electrolytic solution are temporarily sealed with an outer package formed of a laminated film. It comprises a step of forming a battery, a step of charging the temporary battery under pressure, and a step of aging the charged temporary battery in a high temperature environment.
この場合、仮電池を形成する工程では、電池性能を確保するべく電極の表面に被膜(SEI(Solid Electrolyte Interphase))を形成するために、電極とセパレータとをできるだけ密着させることが好ましい。このため、仮電池の充電は、加圧により電極とセパレータとを密着させた状態で行われる。 In this case, in the step of forming the temporary battery, it is preferable to bring the electrode and the separator into close contact as much as possible in order to form a film (SEI (Solid Electrolyte Interphase)) on the surface of the electrode to ensure battery performance. Therefore, charging of the temporary battery is performed in a state in which the electrode and the separator are brought into close contact with each other by pressurization.
ところで、上述のような二次電池の製造方法では、高温環境下で仮電池のエージングを行って被膜の形成を促進するべくエージング中においても仮電池の加圧を継続して行っている。このため、セパレータが特に熱によってクリープ変形してしまうので、セパレータの空隙率が低下する。この結果、リチウムイオンなどの陽イオンがセパレータを透過し難くなる、すなわち電気抵抗が増加するので、二次電池の出力が低下するという問題がある。 By the way, in the manufacturing method of the secondary battery as described above, the temporary battery is aged in a high-temperature environment, and the temporary battery is continuously pressurized even during the aging in order to promote the formation of the film. As a result, the separator is subject to creep deformation due to heat, and the porosity of the separator is reduced. As a result, it becomes difficult for cations such as lithium ions to permeate the separator, that is, the electrical resistance increases, so there is a problem that the output of the secondary battery decreases.
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされた。その目的は、二次電池の出力が低下することを抑制できる二次電池の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made by paying attention to such problems existing in the prior art. It is an object of the present invention to provide a secondary battery manufacturing method capable of suppressing a decrease in output of the secondary battery.
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する二次電池の製造方法は、正極板と負極板とが合成樹脂製のセパレータを介して交互に複数積層されてなる電極積層体及び電解液を、可撓性を有した外装体によって封止して仮電池を形成する仮電池形成工程と、前記仮電池形成工程で形成した前記仮電池を加圧した状態で充電する充電工程と、前記充電工程で充電した前記仮電池を高温環境下でエージングする高温エージング工程と、を備えた二次電池の製造方法であって、前記高温エージング工程のうちの少なくとも一部では、前記仮電池を前記充電工程での加圧力よりも低い加圧力で加圧するか又は前記仮電池を加圧しないことを要旨とする。
Means for solving the above problems and their effects will be described below.
A method of manufacturing a secondary battery for solving the above-mentioned problems is to provide an electrode laminate in which a plurality of positive electrode plates and negative electrode plates are alternately laminated with synthetic resin separators interposed therebetween, and an electrolytic solution, which are provided in a flexible exterior. A temporary battery forming step of forming a temporary battery by sealing with a body, a charging step of charging the temporary battery formed in the temporary battery forming step in a pressurized state, and the temporary battery charged in the charging step and a high temperature aging step of aging in a high temperature environment, wherein in at least part of the high temperature aging step, the temporary battery is subjected to a pressure lower than that in the charging step. The gist is that the temporary battery is pressurized with a pressurizing force or is not pressurized.
この構成によれば、高温エージング工程におけるセパレータのクリープ変形が抑制されるので、セパレータの空隙率の低下を抑制できる。したがって、二次電池の出力が低下することを抑制できる。 According to this configuration, the creep deformation of the separator in the high-temperature aging process is suppressed, so the decrease in the porosity of the separator can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the decrease in output of the secondary battery.
本発明によれば、二次電池の出力が低下することを抑制できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that the output of a secondary battery falls.
以下、二次電池の一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、例えばリチウムイオン電池などによって構成される二次電池11は、矩形状をなす可撓性を有した外装体12と、外装体12内に封止された電極積層体13及び電解液と、外装体12から露出する正極端子14及び負極端子15とを備えている。そして、二次電池11は、図2に示した第1~第9工程を行うことによって製造される。
An embodiment of a secondary battery will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1 , a
次に、二次電池11の製造方法について説明する。
二次電池11を製造する場合には、まず、図3及び図4に示すように、矩形状の正極板16と、正極板16よりも一回り大きい矩形状の負極板17とを、山折りと谷折りを交互に繰り返すつづら折りされた帯状のセパレータ18を介して、交互に複数積層させることによって電極積層体13を形成する(第1工程)。
Next, a method for manufacturing the
When manufacturing the
この場合、セパレータ18の一方側の対向する面同士の間に正極板16をそれぞれ挟み、他方側の対向する面同士の間に負極板17をそれぞれ挟む。セパレータ18は、絶縁性を有する合成樹脂製の不織布によって構成されている。セパレータ18における隣り合う2つの折り目間の矩形板状の部分は、負極板17よりも一回り大きくなっている。本実施形態のセパレータ18は、空隙率が80%に設定されている。
In this case, the
正極板16は、例えば厚さが10~20μmのアルミニウム箔などの導電性材料によって構成される正極集電体19と、正極集電体19の両面または片面に塗布された正極活物質とを有している。正極活物質は、例えばリチウムイオンなどの陽イオンを吸蔵及び放出可能な材料によって構成される。
The
正極集電体19は、略矩形板状をなしており、その長手方向の一端部から突出する矩形板状の正極タブ部20を有している。すなわち、正極タブ部20は、正極集電体19と一体形成されており、セパレータ18から露出するように突出している。各正極タブ部20は、正極端子14(図1参照)に電気的に接続する。正極タブ部20には、正極活物質を塗布しない。
The positive electrode
負極板17は、例えば厚さが10~20μmの銅箔などの導電性材料によって構成される負極集電体21と、負極集電体21の両面または片面に塗布された負極活物質とを有している。負極活物質は、例えばリチウムイオンなどの陽イオンを吸蔵及び放出可能な材料によって構成される。負極集電体21は、略矩形板状をなしており、その長手方向の一端部から突出する矩形板状の負極タブ部22を有している。
The
すなわち、負極タブ部22は、負極集電体21と一体形成されており、セパレータ18から露出するように突出している。この場合、負極タブ部22は、正極タブ部20側とは反対側の方向に突出している。各負極タブ部22は、負極端子15(図1参照)に電気的に接続する。負極タブ部22には、負極活物質を塗布しない。
That is, the negative
続いて、図5に示すように、例えばアルミニウムを用いた一対の矩形状をなす可撓性のラミネートフィルムの周縁部同士を溶着することによって形成された外装体12内に電極積層体13を挿入する(第2工程)。このとき、正極端子14及び負極端子15を外装体12から露出させるとともに、外装体12を構成する一対のラミネートフィルムの周縁部同士の一部に溶着しない非溶着部(図示略)を形成する。なお、図5における網掛け部分は、一対のラミネートフィルム同士の溶着部分を示している。
Subsequently, as shown in FIG. 5, the
続いて、この非溶着部(図示略)から外装体12内に、例えば非水系溶媒に電解質を溶解した電解液を注入する(第3工程)。続いて、非溶着部(図示略)を溶着して外装体12を仮封止することにより、仮電池23を形成する(第4工程)。すなわち、電極積層体13及び電解液を外装体12内に仮封止した仮電池23を形成する。仮封止された外装体12は、電極積層体13を十二分に余裕を持って収容する大きさになっている。本実施形態では、上述した第1~第4工程によって仮電池形成工程が構成される。
Subsequently, an electrolytic solution obtained by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent, for example, is injected into the
続いて、図6に示すように、仮電池23を一対の加圧板24によって挟むことによって加圧した状態で充電する(第5工程(充電工程))。この場合、一対の加圧板24同士は、仮電池23に一定の加圧力が付与されるように、ボルト25とナット26とによって一定の距離を維持した状態で締結されている。このため、セパレータ18と正極板16とが均一に接触し、且つセパレータ18と負極板17とが均一に接触する。そして、この第5工程により、負極板17の表面に被膜(SEI(Solid Electrolyte Interphase))が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 6, the
続いて、一対の加圧板24による仮電池23の加圧を解除した後、仮電池23を非加圧状態で高温環境下(例えば50~70℃程度)において所定時間(例えば数時間~数十時間)だけエージング(放置)する(第6工程(高温エージング工程))。この第6工程では、開始から終了までの全過程にわたって仮電池23には加圧力が付与されないので、セパレータ18にも加圧力が付与されない。
Subsequently, after the pressure applied to the
したがって、高温でクリープ変形が生じやすい不織布によって構成されたセパレータ18であっても、そのクリープ変形が抑制される。そして、この第6工程により、負極板17の表面での被膜の形成が促進される。なお、この第6工程では、負極板17の表面に被膜が形成されるときの化学反応によりガスが発生する。
Therefore, even if the
続いて、仮電池23を常温環境下で放電させる(第7工程)。この第7工程では、仮電池23を加圧していてもよいし、仮電池23の加圧を解除していてもよい。続いて、図7に示すように、仮電池23の外装体12を構成する一対のラミネートフィルム同士を本封止部27において溶着することにより、外装体12を本封止する(第8工程)。これにより、外装体12内は、本封止部27によって、電極積層体13を収容した収容室28と、第6工程で発生したガスなどが溜まった予備室29とに隔絶される。なお、図7における網掛け部分は、一対のラミネートフィルム同士の溶着部分を示している。
Subsequently, the
続いて、図7に示すように、第8工程で仮電池23の外装体12に形成された予備室29が切除されるように、切断線Sにおいて外装体12を切断する(第9工程)。これにより、図1に示す二次電池11が得られる。
Subsequently, as shown in FIG. 7, the
次に、実施例及び比較例について説明する。
(実施例1)
上記実施形態の方法で製造した二次電池11を実施例1とした。
Next, examples and comparative examples will be described.
(Example 1)
The
(比較例1)
上記実施形態の方法において、仮電池23を加圧した状態で第6工程(高温エージング工程)を行って製造した二次電池を比較例1とした。
(Comparative example 1)
Comparative Example 1 was a secondary battery manufactured by performing the sixth step (high-temperature aging step) while the
(比較例2)
上記実施形態の方法において、セパレータ18を微多孔膜(合成樹脂製の膜に細孔を多数形成したもの)に変更し、仮電池を加圧した状態で第6工程行って製造した二次電池を比較例2とした。なお、微多孔膜の空隙率は40%とした。
(Comparative example 2)
In the method of the above embodiment, a secondary battery manufactured by changing the
(比較例3)
上記実施形態の方法において、仮電池23を加圧しない状態で第5工程(充電工程)を行って製造した二次電池を比較例3とした。
(Comparative Example 3)
Comparative Example 3 was a secondary battery manufactured by performing the fifth step (charging step) in the method of the above-described embodiment without pressurizing the
上記した実施例1及び比較例1~3の仕様を図8の表に示す。
<厚みの測定>
実施例1及び比較例1~3の厚みを測定し、結果を図9(a)のグラフに示した。図9(a)から、比較例1は、第6工程(高温エージング工程)によってセパレータ18がクリープ変形し、実施例1に比べて厚みが大幅に薄くなっていることが分かる。このことから、比較例1は、実施例1に比べてセパレータ18の空隙率が大幅に低下していることが予想される。
The specifications of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 described above are shown in the table of FIG.
<Measurement of thickness>
The thicknesses of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 were measured, and the results are shown in the graph of FIG. 9(a). As can be seen from FIG. 9A, in Comparative Example 1, the
<初期容量>
実施例1及び比較例1~3の初期容量を測定し、結果を図9(b)のグラフに示した。図9(b)のグラフから、比較例3は、実施例1に比べて初期容量が大きく低下していることが分かる。このことから、比較例3は、仮電池23を加圧しない状態で第5工程(充電工程)を行っているため、セパレータ18と、正極板16及び負極板17との接触状態が実施例1に比べて不均一になっていることが予想される。
<Initial capacity>
The initial capacities of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 were measured, and the results are shown in the graph of FIG. 9(b). From the graph of FIG. 9B, it can be seen that the initial capacity of Comparative Example 3 is significantly lower than that of Example 1. Therefore, in Comparative Example 3, the fifth step (charging step) is performed without pressurizing the
<初期出力>
実施例1及び比較例1~3の初期出力を測定し、結果を図9(c)のグラフに示した。図9(c)のグラフから、比較例3は、実施例1に比べて初期出力が大きく低下していることが分かる。一方、図9(a)のグラフ及び図9(c)のグラフから、微多孔膜によって構成されたセパレータを用いた比較例2では、第6工程(高温エージング工程)で加圧しても、実施例1に比べて厚みの低下や著しい初期出力の低下が確認できない。これは、不織布によって構成されたセパレータ18を用いた実施例1では、第6工程(高温エージング工程)を行う際に加圧しないことによって、初期出力の低下が抑制されることを示唆している。
<Initial output>
The initial outputs of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 were measured, and the results are shown in the graph of FIG. 9(c). From the graph of FIG. 9C, it can be seen that the initial output of Comparative Example 3 is significantly lower than that of Example 1. On the other hand, from the graphs of FIGS. 9(a) and 9(c), in Comparative Example 2 using a separator made of a microporous membrane, even if pressure was applied in the sixth step (high temperature aging step), Compared to Example 1, neither a decrease in thickness nor a significant decrease in initial output can be confirmed. This suggests that in Example 1, in which the
以上詳述した実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
(1)二次電池11の製造方法において、第6工程(高温エージング工程)では、開始から終了までの全過程にわたって仮電池23を加圧しない。この構成によれば、第6工程(高温エージング工程)における不織布によって構成されたセパレータ18のクリープ変形が効果的に抑制されるので、セパレータ18の空隙率の低下を抑制できる。したがって、二次電池11の出力が低下することを抑制できる。
According to the embodiment detailed above, the following effects are exhibited.
(1) In the method of manufacturing the
(2)二次電池11の製造方法において、セパレータ18は、不織布によって構成されている。この構成によれば、セパレータ18を合成樹脂フィルムによって構成する場合に比べて空隙率を格段に高めることができる。
(2) In the method of manufacturing the
(変更例)
なお、上記実施形態は次のように変更してもよい。
・第6工程(高温エージング工程)では、必ずしも開始から終了までの全過程にわたって仮電池23を加圧しないようにする必要はない。例えば、第6工程の全過程のうちの半分の時間だけ仮電池23を加圧しないようにしてもよいし、第6工程の全過程のうちの3分の1の時間だけ仮電池23を加圧しないようにしてもよい。
(Change example)
Note that the above embodiment may be modified as follows.
- In the sixth step (high-temperature aging step), it is not necessary to prevent the
・第6工程(高温エージング工程)では、開始から終了までの全過程にわたって仮電池23を第5工程(充電工程)での加圧力よりも低い加圧力で加圧するようにしてもよい。
・第6工程(高温エージング工程)では、第6工程の全過程のうちの一部の時間だけ第5工程(充電工程)での加圧力よりも低い加圧力で仮電池23を加圧するようにし、第6工程の全過程のうちの残りの時間は仮電池23を加圧しないようにしてもよい。
- In the sixth step (high-temperature aging step), the
- In the sixth step (high-temperature aging step), the
・セパレータ18は、必ずしも不織布によって構成する必要はなく、例えば細孔が多数形成された合成樹脂フィルムによって構成してもよい。
・第5工程(充電工程)では、例えばバネなどの弾性部材によって仮電池23に一定の加圧力が付与されるようにしてもよい。
- The
- In the fifth step (charging step), a constant pressure force may be applied to the
11…二次電池、12…外装体、13…電極積層体、16…正極板、17…負極板、18…セパレータ、23…仮電池。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記仮電池形成工程で形成した前記仮電池を加圧した状態で充電する充電工程と、
前記充電工程で充電した前記仮電池を高温環境下でエージングする高温エージング工程と、
を備えた二次電池の製造方法であって、
前記正極板は、導電性材料によって構成される正極集電体と、前記正極集電体の両面または片面に塗布された正極活物質と、を有し、前記正極集電体は、前記正極集電体と一体形成され、前記セパレータから露出するように突出している正極タブ部を有しており、
前記負極板は、導電性材料によって構成される負極集電体と、前記負極集電体の両面または片面に塗布された負極活物質とを有し、前記負極集電体は、前記負極集電体と一体形成され、前記セパレータから露出するように突出している負極タブ部を有しており、
前記充電工程では、前記仮電池を一対の加圧板によって挟むことによって加圧し、前記セパレータと前記正極板を接触させ、且つ前記セパレータと前記負極板とを接触させ、
前記高温エージング工程のうち少なくとも一部では、前記仮電池を前記充電工程での加圧力よりも低い加圧力で加圧するか又は前記仮電池を加圧しないことを特徴とする二次電池の製造方法。 Electrode laminates and electrolytic solutions, in which a plurality of positive electrode plates and negative electrode plates are alternately laminated via a belt-shaped separator made of a non-woven fabric that is alternately zigzag-folded and valley-folded, are covered by a flexible exterior body. A temporary battery forming step of sealing to form a temporary battery;
A charging step of charging the temporary battery formed in the temporary battery forming step in a pressurized state;
A high temperature aging step of aging the temporary battery charged in the charging step in a high temperature environment;
A method for manufacturing a secondary battery comprising
The positive electrode plate includes a positive electrode current collector made of a conductive material and a positive electrode active material coated on one or both sides of the positive electrode current collector. It has a positive electrode tab part integrally formed with an electric body and protruding so as to be exposed from the separator,
The negative electrode plate has a negative current collector made of a conductive material and a negative active material coated on one or both sides of the negative current collector. having a negative electrode tab part that is integrally formed with the body and protrudes so as to be exposed from the separator,
In the charging step, the temporary battery is sandwiched between a pair of pressure plates to pressurize the separator and the positive electrode plate, and the separator and the negative electrode plate are brought into contact,
A method for manufacturing a secondary battery, wherein in at least part of the high-temperature aging step, the temporary battery is pressurized with a pressure lower than that in the charging step, or the temporary battery is not pressurized. .
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