JP7507192B2 - 蓄電デバイスの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電極体及び電解液がケース内に収容された蓄電デバイスの製造方法に関する。
扁平な直方体箱状のケース内に扁平状の電極体及び電解液が収容された電池の製造方法として、例えば以下の製造方法が知られている。即ち、電極体をケース内に収容した電池を組み立て、その後、ケース内に電解液を注液する。次に外部の圧縮具を用いて、電池を厚み方向に挟み、更に厚み方向に押圧する。これにより、電池内の電極体を厚み方向に圧縮すると共に、ケースの一対のケース側壁部をそれぞれ塑性変形させて電極体側に凹ませる。その後、この圧縮具による電池の押圧を維持した状態で、ケースを気密に封止する。次に電池に初期充電を行い、その後にエージングを行って、電池を完成させる。この製造方法に関連する従来技術として、例えば特許文献1が挙げられる。
特開2013-093122号公報
しかしながら、電池の初期充電やエージングの際には、電極体内において電解液の一部が分解されてガスが発生する。上述の製造方法では、ケースを塑性変形させ封止した後に、初期充電及びエージングを行っているため、初期充電及びエージング時に電極体内に発生したガスは、電極体外に十分排出できない。また、電極体外に排出されたガスは、ケース外に排出されずケース内に溜まったままになる。このため、初期充電等を行った後の電池では、内圧が高くなり、一対のケース側壁部によって電極体を押圧する力が弱まってしまい、出荷後の電池の使用において電極体内でガスが発生した場合に、このガスが電極体内に滞留し易い。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、完成された蓄電デバイスの電極体内に滞留しているガスが少なく、また、蓄電デバイスの使用において電極体内でガスが発生しても電極体内にガスが滞留し難い蓄電デバイスを製造できる蓄電デバイスの製造方法を提供する。
上記課題を解決するための本発明の一態様は、(1)一対の電極体平面を有し、上記電極体平面の拡がり方向に直交する厚み方向に電極板が積層されている電極体と、電解液と、上記一対の電極体平面にそれぞれ対向する一対のケース側壁部を有し、上記電極体及び上記電解液を収容するケースと、を備え、上記ケースの上記一対のケース側壁部で上記電極体を上記厚み方向に押圧する自己押圧型の蓄電デバイスの製造方法であって、初期充電及びエージングを終えた恒久封止前の上記蓄電デバイスの上記ケースのうち、上記一対のケース側壁部を上記電極体側に押圧して、上記一対のケース側壁部間に介在する上記電極体を上記厚み方向に圧縮すると共に、この押圧を解除した後にも、上記一対のケース側壁部で上記電極体を上記厚み方向に押圧し続けるように、上記一対のケース側壁部の少なくとも一方を塑性変形させて上記電極体側に凹ませる圧縮変形工程を備え、上記圧縮変形工程の後に、上記ケース内が外部に連通した状態の上記蓄電デバイスの上記ケースを気密に恒久封止する恒久封止工程と、上記圧縮変形工程における上記蓄電デバイスの押圧を解除する押圧解除工程と、を備える蓄電デバイスの製造方法である。
上述の製造方法では、初期充電及びエージングを終え、未だ恒久封止はなされていない蓄電デバイスについて、圧縮変形工程を行う。その後、圧縮変形工程における蓄電デバイスの押圧を維持した状態で、或いは、押圧解除工程を行って圧縮変形工程における押圧は解除したが、ケース(一対のケース側壁部)で電極体を押圧(以下、「自己押圧」ともいう)した状態で、ケース内が外部に連通した状態の蓄電デバイスのケースを、封止解除不能に封止する、即ち、恒久封止する(恒久封止工程)。このため、初期充電やエージングの際に電極体内で電解液が分解されて発生したガスを、電極体外に押し出し、更にケース外に排出した状態で、ケースを気密に恒久封止できる。これにより、電極体内にガスの滞留が少ない蓄電デバイスを製造できる。その上、完成された蓄電デバイスは、ケースで電極体を自己押圧し続けるため、出荷後の蓄電デバイスの使用において電極体内でガスが発生しても、このガスは押圧により電極体外に排出され易く、電極体内にガスが滞留し難い。
なお、「蓄電デバイス」としては、例えば、リチウムイオン二次電池等の二次電池や、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタなどが挙げられる。
「厚み方向に電極板が積層されている電極体」としては、例えば、帯状の電極板を帯状のセパレータを介して扁平状に捲回することで、電極体の厚み方向に電極板が積層されている捲回型の電極体や、複数の枚葉状の電極板をセパレータを介して厚み方向に積層した積層型の電極体などが挙げられる。また、蓄電デバイスが備える電極体は、単数であってもよいし、複数であってもよい。
「圧縮変形工程」は、ケース内が外部に連通した状態(未封止)の蓄電デバイスについて行ってもよいし、ケースを仮封止した状態の蓄電デバイスについて行ってもよい。また圧縮変形工程は、前述のように初期充電及びエージングを終えた蓄電デバイスについて行うが、蓄電デバイスの製造過程において、初期充電を複数回に分けて行う場合には、初期充電をすべて終えた蓄電デバイスについて圧縮変形工程を行うのが特に好ましい。また、蓄電デバイスの製造過程において、エージングを複数回行う場合には、最後のエージングを終えた蓄電デバイスについて圧縮変形工程を行うのが特に好ましい。2回目以降の初期充電の際や2回目以降のエージングの際にも、電極体内で電解液が分解されてガスが発生する場合があるからである。
圧縮変形工程の後に行う「恒久封止工程」及び「押圧解除工程」は、先に恒久封止工程を行い、その後に押圧解除工程を行ってもよいし、先に押圧解除工程を行い、その後に恒久封止工程を行ってもよい。但し、先に恒久封止工程を行い、その後に押圧解除工程を行った方が、押圧解除時に電極体やケースに生じるスプリングバックによるケース内体積の増加に伴う内圧低下を生じさせ得るので好ましい。
「恒久封止」の手法としては、例えば、ケースに設けられた連通孔を、金属からなる封止部材や金属と一部にゴムを有する封止部材で塞ぎ、封止部材をケースに溶接するなど、解除不能に封止する手法が挙げられる。また、ブラインドリベットを用いて、ケースの連通孔を塞ぐ封止手法も挙げられる。
(2)更に(1)に記載の蓄電デバイスの製造方法であって、前記電極体は、SOCの増大と共に前記厚み方向の寸法が増大する特性を有しており、前記圧縮変形工程は、前記蓄電デバイスをSOC30%以下の状態にして行う蓄電デバイスの製造方法とすると良い。
上述の製造方法では、SOCが30%以下、即ち、電極体の厚み方向の寸法が比較的小さい状態で圧縮変形工程を行うため、ケース側壁部を十分に電極体側に凹ませることができる。これにより、完成後の蓄電デバイスにおいて、ケース側壁部で電極体をより強く自己押圧することができる。
(3)更に(1)または(2)に記載の蓄電デバイスの製造方法であって、前記圧縮変形工程は、前記ケース内が外部に連通した状態で行う蓄電デバイスの製造方法とすると良い。
上述の製造方法では、ケース内が外部に連通した状態で圧縮変形工程を行うので、電極体を厚み方向に十分に圧縮でき、初期充電やエージングで発生したガスを、より適切に、電極体外に押し出し、ケース外に排出することができる。また、ケース側壁部を十分に電極体側に凹ませることができるので、完成後の蓄電デバイスにおいて、ケース側壁部で電極体をより強く自己押圧することができる。
(4)更に(1)~(3)のいずれかに記載の蓄電デバイスの製造方法であって、前記電極体が有する前記電極板は、正極活物質粒子を含む正極活物質層を有する正極板と、負極板とであり、上記正極活物質粒子は、Liを除く遷移金属の総量に占めるNiの割合が、50mol%以上である組成を有するリチウム遷移金属複合酸化物の粒子である蓄電デバイスの製造方法とすると良い。
上述のNiを多く含む正極活物質粒子を用いた正極板を有する電極体では、初期充電やエージングでガスが多く発生する傾向にある。しかし、上述の製造方法では、初期充電やエージングでガスが多く発生したとしても、前述の圧縮変形工程及び恒久封止工程を行うことにより、発生したガスを電極体内から電極体外に押し出し、更にはケース外に排出した上で、ケースを恒久封止することができる。このため、Niを多く含む正極活物質粒子を用いた正極板を有しながらも、電極体内にガスが滞留し難い蓄電デバイスを製造できる。
実施形態に係る電池の斜視図である。 実施形態に係る電池の電池縦方向及び電池横方向に沿う断面図である。 実施形態に係る電池の製造方法のフローチャートである。 実施形態に係り、圧縮変形工程直前の電池の状態を示す説明図である。 実施形態に係り、圧縮変形工程で電池を押圧した状態を示す説明図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図1に本実施形態に係る電池(蓄電デバイス)1の斜視図を、図2に電池1の断面図を示す。なお、以下では、電池1の電池縦方向AH、電池横方向BH及び電池厚み方向CHを、図1及び図2に示す方向と定めて説明する。この電池1は、ハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、電気自動車等の車両などに搭載される角型で密閉型のリチウムイオン二次電池である。
電池1は、ケース10と、ケース10の内部に収容された電極体20と、ケース10に支持された正極端子30及び負極端子40等から構成されている。電極体20は、ケース10内で、電池縦方向AHの一方側AH1に開口した袋状の絶縁フィルム60に覆われている。またケース10内には、電解液50が収容されており、その一部は電極体20内に含浸され、一部はケース10のケース底壁部10b上に溜まっている。この電解液50は、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)及びメチルエチルカーボネート(EMC)を混合した非水溶媒に、支持塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )を溶解させた電解液である。
このうちケース10は、金属(本実施形態ではアルミニウム)からなる直方体箱状であり、矩形状のケース上壁部10aと、これに対向する矩形状のケース底壁部10bと、これらの間を結ぶ、各々矩形状の一対のケース長側壁部(ケース側壁部)10c,10d及び一対のケース短側壁部10e,10fとを有する。ケース長側壁部10c,10dのうち、それぞれ口字状の周縁部10cf,10dfを除く矩形状の中央部10cg,10dgは、電池厚み方向内側CHIに、即ち、電極体20側に凹んで周縁部10cf,10dfよりも電池内部側に位置している。そして、これらケース長側壁部10c,10dの中央部10cg,10dgで、電極体20を厚み方向DHの内側DHIに押圧している。
このケース10は、電池縦方向AHの一方側AH1(図1において上方)に開口11cを有する有底角筒状で、ケース底壁部10b、ケース長側壁部10c,10d及びケース短側壁部10e,10fをなすケース本体部材11と、このケース本体部材11の開口11cを閉塞する形態で溶接された矩形板状で、ケース上壁部10aをなすケース蓋部材12とから構成されている。
ケース蓋部材12のうち電池横方向BHの中央付近には、ケース10の内圧が開弁圧を超えたときに破断して開弁する安全弁15が設けられている。またケース蓋部材12には、ケース10の内外を連通する連通孔10kが形成されており、金属(本実施形態ではアルミニウム)からなる円板状の封止部材17で気密に恒久封止されている。具体的には、連通孔10kを外部から封止部材17で覆う状態で、封止部材17が全周にわたりケース10(ケース蓋部材12)に溶接されている。この連通孔10kは、電解液50をケース10内に注液するのに用いられる。
更にケース蓋部材12には、複数のアルミニウムの部材から構成される正極端子30が、ケース蓋部材12と絶縁された状態で固設されている。この正極端子30は、ケース10内で電極体20の正極タブ20p(後述する)に接続し導通する一方、ケース蓋部材12を貫通してケース10外まで延びている。またケース蓋部材12には、複数の銅の部材から構成される負極端子40が、ケース蓋部材12と絶縁された状態で固設されている。この負極端子40は、ケース10内で電極体20の負極タブ20q(後述する)に接続し導通する一方、ケース蓋部材12を貫通してケース10外まで延びている。
電極体20は、扁平な直方体状であり、複数の矩形状の正極板(電極板)21と、複数の矩形状の負極板(電極板)22とを、樹脂製の多孔質膜からなる矩形状のセパレータ23を介して厚み方向DHに交互に積層した積層型の電極体である。厚み方向DHに重なり合う正極板21とセパレータ23、負極板22とセパレータ23とは、それぞれ接着剤で接着されており、これにより電極体20が一体化されている。
この電極体20は、6つの平面から構成されている。即ち、電極体20は、厚み方向DHに直交する拡がり方向EHに拡がる一対の電極体平面20a,20bと、これらの間を結ぶ4つの電極体周縁面20c,20d,20e,20fとを有する。そして電池1において、電極体20の電極体平面20aはケース10のケース長側壁部10cと対向し、電極体平面20bはケース長側壁部10dと対向している。また電極体周縁面20cはケース上壁部10aと対向し、電極体周縁面20dはケース底壁部10bと対向している。また電極体周縁面20eはケース短側壁部10eと対向し、電極体周縁面20fはケース短側壁部10fと対向している。
正極板21は、矩形状のアルミニウム箔からなる正極集電箔(不図示)の両主面上にそれぞれ正極活物質層21aを有する。正極活物質層21aは、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極活物質粒子21bと、導電粒子と、結着剤とから構成されている。正極活物質粒子21bは、Niを、Liを除く遷移金属の総量の50mol%以上含むリチウム遷移金属複合酸化物粒子であり、本実施形態では、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、具体的には、Niを、Liを除く遷移金属(Ni、Co、Mn)の総量の60mol%含む、LiNi0.6Co0.2Mn0.22の粒子を用いている。正極板21のうち、電池縦方向AHの一方側AH1に延びる延出部は、厚み方向DHに正極活物質層21aが存在せず、正極集電箔が厚み方向DHに露出した正極露出部21rとなっており、各々の正極露出部21r同士が厚み方向DHに重なって前述の正極タブ20pを形成している。この正極タブ20pは、前述のように正極端子30と接続している。
負極板22は、矩形状の銅箔からなる負極集電箔(不図示)の両主面上にそれぞれ負極活物質層(不図示)を有する。負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な負極活物質粒子と、結着剤と、増粘剤とから構成されている。負極板22のうち、電池縦方向AHの一方側AH1に延びる延出部は、厚み方向DHに負極活物質層が存在せず、負極集電箔が厚み方向DHに露出した負極露出部22rとなっており、各々の負極露出部22r同士が厚み方向DHに重なって前述の負極タブ20qを形成している。この負極タブ20qは、前述のように負極端子40と接続している。
次いで、上記電池1の製造方法について説明する(図3参照)。まず「電池組立工程」S1において、未注液の電池1を組み立てる。即ち、正極板21、負極板22及びセパレータ23を積層して電極体20を形成する。次にケース蓋部材12に正極端子30及び負極端子40を固設し、更に正極端子30及び負極端子40を、電極体20の正極タブ20p及び負極タブ20qにそれぞれ溶接して接続する。その後、電極体20を袋状の絶縁フィルム60で包む。次にこの絶縁フィルム60で覆われた電極体20を、ケース本体部材11内に挿入すると共に、ケース本体部材11の開口11cをケース蓋部材12で塞ぐ。その後、ケース本体部材11とケース蓋部材12とを、ケース蓋部材12の全周にわたり溶接してケース10を形成する。かくして、未注液の電池1が出来る。
次に「注液工程」S2において、電解液50を連通孔10kを通じてケース10内に注液し、その後、所定時間にわたり電池1を放置して、電解液50を電極体20内に浸透させる。
次に「第1初期充電工程」S3において、電池1に1回目の初期充電を行う。本実施形態では、初期充電を後述するように3回に分けて行う。具体的には、電池1に充電装置(不図示)を接続し、25℃の環境温度下において、定電流(CC)充電によりSOC10%まで電池1に充電する。その際、電極体20内で電解液50の一部が分解されて水素ガス等のガスGAが発生する。電極体20からケース10内に排出されたガスGAの多くは、連通孔10kを通じてケース10外に排出される。但し、電極体20は厚み方向DHに押圧されていないため、電極体20内で発生したガスGAの一部は、電極体20内に滞留する。
次に「仮封止工程」S4において、ゴム栓からなる仮封止部材(不図示)で、ケース10の連通孔10kを塞いでケース10を気密に仮封止する。この後に行う第2初期充電工程S5~第2エージング工程S9において、電池1のケース10内に空気が入るのを防止するためである。
次に「第2初期充電工程」S5において、電池1に2回目の初期充電を行う。具体的には、仮封止した電池1に充電装置(不図示)を接続し、25℃の環境温度下において、定電流(CC)充電によりSOC35%まで電池1に充電する。この第2初期充電工程S5及び次の第1エージング工程S6でも、電極体20内で電解液50の一部が分解されて水素ガス等のガスGAが発生する。しかし、これらの工程においては、ケース10が仮封止されているため、発生したガスGAはケース10外に排出されずにケース10内に留まる。また、電極体20は厚み方向DHに押圧されていないため、電極体20内で発生したガスGAの一部は、電極体20内に滞留する。
次に「第1エージング工程」S6において、60℃の環境温度下で、SOC35%とされた上記電池1を端子開放した状態で12時間安置して、電池1を高温エージングする。
次に「第3初期充電工程」S7において、電池1に2回目の初期充電を行う。具体的には、電池1に充放電装置(不図示)を接続し、25℃の環境温度下において、定電流定電圧(CCCV)充電によりSOC100%まで電池1に充電する。その後、1分間休止する。この第3初期充電工程S7及び後述する第2エージング工程S9の際でも、電極体20内で電解液50の一部が分解されて水素ガス等のガスGAが発生する。しかし、これらの工程においては、ケース10が仮封止されているため、発生したガスGAはケース10外に排出されずにケース10内に留まる。また、電極体20は厚み方向DHに押圧されていないため、電極体20内で発生したガスGAの一部は、電極体20内に滞留する。
続いて「放電工程」S8において、電池1を放電させる。具体的には、定電流(CC)放電によりSOC0%まで電池1を放電させる。
次に「第2エージング工程」S9において、60℃の環境温度下で、SOC0%とされた上記電池1を端子開放した状態で12時間にわたり放置して、電池1を高温エージングする。
次に「仮封止解除工程」S10において、窒素雰囲気下で、電池1の連通孔10kを塞いでいる仮封止部材(ゴム栓、不図示)を取り外し、連通孔10kを通じてケース10内が外部に連通した状態にする。これにより、ケース10内に溜まっていたガスGAの多くは、連通孔10kを通じてケース10外に排出される。但し、電極体20内に溜まっているガスGAは、引き続き電極体20内に残る。
次に「圧縮変形工程」S11を行う。図4に圧縮変形工程S11直前の電池1の状態を示し、図5に圧縮変形工程S11で電池1を押圧した状態を示す。なお、図4及び図5では、正極端子30、負極端子40等の図示を省略して簡略化している。
この圧縮変形工程S11では、押圧装置100により、未封止の上記電池1のケース10のうち一対のケース長側壁部10c,10dを、電極体20側に押圧する。これにより、一対のケース長側壁部10c,10d間に介在する電極体20を厚み方向DHの内側DHIに圧縮すると共に、一対のケース長側壁部10c,10dをそれぞれ塑性変形させて電池厚み方向CHの内側CHI(電極体20側)に凹ませる。この工程では、後述する押圧解除工程S13で押圧装置100による押圧を解除した後にも、一対のケース長側壁部10c,10dで電極体20を厚み方向DHの内側DHIに押圧し続けるように、ケース長側壁部10c,10dを十分に電極体20側に塑性変形させる。なお、この圧縮変形工程S11は、電池1のケース10内に空気が入るのを防止するため、窒素雰囲気下で行う。
押圧装置100は、金属からなり、互いに対向する2つの押圧部材110,120と、これらを互いに近づける方向JH1及び遠ざける方向JH2に移動させる移動機構(不図示)とを備える。押圧部材110,120のうち、互いに対向する押圧面110n,120nは、それぞれ電池1のケース長側壁部10c,10dの電池縦方向AH及び電池横方向BHの寸法よりも小さく、電極体20の電極体平面20a,20bの電池縦方向AH及び電池横方向BHの寸法と概ね同じ大きさとされている。
圧縮変形工程S11では、まず放電工程S8でSOC30%以下(本実施形態ではSOC0%)としておいた電池1を、押圧装置100の2つの押圧部材110,120の間に配置する。具体的には、電池1のケース長側壁部10cが押圧部材110の押圧面110nに対向し、電池1のケース長側壁部10dが押圧部材120の押圧面120nに対向するように、電池1を配置する。次に押圧装置100の移動機構(不図示)により、2つの押圧部材110,120を、これらを近づける方向JH1に移動させて、一方の押圧部材110の押圧面110nを電池1のケース長側壁部10cに当接させると共に、他方の押圧部材120の押圧面120nをケース長側壁部10dに当接させて、2つの押圧部材110,120で電池1を挟む。
更に2つの押圧部材110,120を近づける方向JH1に移動させて、ケース長側壁部10c,10dを電池厚み方向CHの内側CHIに押圧し、電極体20を厚み方向DHの内側DHIに圧縮すると共に、ケース長側壁部10c,10dをそれぞれ塑性変形させて、電池厚み方向CHの内側CHIに向けて凹ませ、ケース長側壁部10c,10dの中央部10cg,10dgを電池厚み方向CHの内側CHIに位置させる。本実施形態では、ケース長側壁部10c,10dに掛かる圧力が200kPaとなる力で押圧する。これにより、後述する押圧解除工程S13で押圧装置100による押圧を解除した後にも、一対のケース長側壁部10c,10dで電極体20を厚み方向DHに自己押圧し続けるようになる。
この工程で電極体20を厚み方向DHに圧縮することにより、電極体20内に溜まっていたガスGAの殆どは、電極体20外に押し出される。更にそのガスGAの多くは、連通孔10kを通じてケース10外に排出される。
また本実施形態の電極体20はSOCの増大と共に厚み方向DHの寸法が増大する特性を有しているが、本実施形態では、電池1をSOC0%とした上で圧縮変形工程S11を行っている。即ち、電極体20の厚み方向DHの寸法が小さい状態で圧縮変形工程S11を行っている。このため、ケース長側壁部10c,10dを十分に電極体20側に凹ませることができる。
また、未封止の(ケース10内が外部に連通した)状態で圧縮変形工程S11を行っているので、電極体20を厚み方向DHに十分に圧縮でき、ガスGAをより適切に電極体20内から電極体20外に押し出し、更にケース10外に排出することができる。また、ケース長側壁部10c,10dを十分に電極体20側に凹ませることができる。
次に「恒久封止工程」S12において、上記の未封止(ケース10内が外部に連通した状態)の電池1のケース10を気密に恒久封止する。本実施形態では、押圧装置100により電池1を押圧した状態で、恒久封止工程S12を行う。具体的には、連通孔10kを外部から前述の金属製の封止部材17で覆い、封止部材17を全周にわたりケース10に溶接して、封止部材17とケース10との間を気密かつ解除不能に封止する。
次に「押圧解除工程」S13において、押圧装置100による電池1の押圧を解除する。具体的には、押圧装置100の移動機構(不図示)により、2つの押圧部材110,120を遠ざける方向JH2に移動させて電池1から離す。その後、押圧装置100から電池1を取り出す。なお、前述のように一対のケース長側壁部10c,10dは塑性変形させてあるので、押圧装置100による押圧を解除しても、ケース10は、一対のケース長側壁部10c,10dで電極体20を厚み方向DHに自己押圧し続ける。従って、出荷後の電池1の使用において、電極体20内でガスGAが発生しても、このガスGAは押圧により電極体20外に排出され易く、電極体20内にガスGAが滞留し難い。
なお本実施形態では、先に恒久封止工程S12を行い、その後に押圧解除工程S13を行っているため、完成後の電池1では、押圧解除時に電極体20やケース10に生じるスプリングバックによるケース内体積の増加に伴う内圧低下をも生じる。かくして、電池1が完成する。
本実施形態の蓄電デバイス1の製造方法では、第1初期充電工程S3、第2初期充電工程S5、第1エージング工程S6、第3初期充電工程S7及び第2エージング工程S9を終え、未だ恒久封止はなされていない電池1について、圧縮変形工程S11を行っている。その後、圧縮変形工程S11における電池1の押圧を維持した状態で、ケース10内が外部に連通した蓄電デバイス1のケース10を恒久封止している(恒久封止工程S12)。このため、第1初期充電工程S3、第2初期充電工程S5、第1エージング工程S6、第3初期充電工程S7及び第2エージング工程S9の際に電極体20内で発生したガスGAを、電極体20外に押し出し、更にケース10外に排出した状態で、ケース10を気密に恒久封止できる。これにより、電極体20内にガスGAの滞留が少ない電池1を製造できる。その上、完成された電池1は、一対のケース長側壁部10c,10dで電極体20を自己押圧し続けるため、出荷後の電池1の使用において電極体20内でガスGAが発生しても、このガスGAは押圧により電極体20外に排出され易く、電極体20内にガスGAが滞留し難い。
更に本実施形態では、SOCが30%以下(具体的にはSOC0%)で、電極体10の厚み方向DHの寸法が小さい状態で圧縮変形工程S11を行っているため、ケース長側壁部10c,10dを十分に電極体20側に凹ませることができる。これにより、完成後の電池1において、ケース長側壁部10c,10dで電極体20をより強く自己押圧することができる。
また、ケース10内が外部に連通した状態で圧縮変形工程S11を行っているので、電極体20を厚み方向DHに十分に圧縮でき、ガスGAをより適切に電極体20内から電極体20外に押し出し、ケース10外に排出することができる。またケース長側壁部10c,10dを十分に電極体20側に凹ませることができるので、完成後の電池1において、ケース長側壁部10c,10dで電極体20をより強く自己押圧することができる。
また正極活物質粒子21bとして、Liを除く遷移金属の総量に占めるNiの割合が50mol%以上である組成を有するリチウム遷移金属複合酸化物の粒子を用いた正極板21を有する電極体20では、ガスGAが多く発生する傾向にある。しかし、ガスGAが多く発生したとしても、前述の圧縮変形工程S11及び恒久封止工程S12を行うことにより、ガスGAを電極体20内から電極体20外に、更にはケース10外に排出した上で、ケース10を恒久封止することができる。このため、Niを多く含む正極活物質粒子21bを用いた正極板21を有しながらも、電極体20内にガスGAが滞留し難い電池1を製造できる。
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば実施形態では、第1初期充電工程S3後に仮封止工程S4を行い、第2エージング工程S9後に仮封止解除工程S10を行ったが、これら仮封止工程S4及び仮封止解除工程S10を無くし、ケース10内外を連通させたままで、第2初期充電工程S5~第2エージング工程S9を行うこともできる。

また実施形態では、圧縮変形工程S11の前に仮封止解除工程S10を行い、圧縮変形工程S11の後に恒久封止工程S12を行ったが、圧縮変形工程S11の後に仮封止解除工程S10を行い、続いて恒久封止工程S12を行うこともできる。
また実施形態では、圧縮変形工程S11の後、恒久封止工程S12、押圧解除工程S13の順に行ったが、これとは逆に、圧縮変形工程S11の後、押圧解除工程S13、恒久封止工程S12の順で行うこともできる。
1 電池(蓄電デバイス)
10 ケース
10c,10d ケース長側壁部(ケース側壁部)
10k 連通孔
17 封止部材
20 電極体
20a,20b 電極体平面
21 正極板(電極板)
21a 正極活物質層
21b 正極活物質粒子
22 負極板(電極板)
23 セパレータ
50 電解液
100 押圧装置
DH (電極体の)厚み方向
EH (電極体平面の)拡がり方向
S3 第1初期充電工程
S5 第2初期充電工程
S6 第1エージング工程
S7 第3初期充電工程
S9 第2エージング工程
S11 圧縮変形工程
S12 恒久封止工程
S13 押圧解除工程

Claims (4)

  1. 一対の電極体平面を有し、上記電極体平面の拡がり方向に直交する厚み方向に電極板が積層されている電極体と、
    電解液と、
    上記一対の電極体平面にそれぞれ対向する一対のケース側壁部を有し、上記電極体及び上記電解液を収容するケースと、を備え
    上記ケースの上記一対のケース側壁部で上記電極体を上記厚み方向に押圧する
    自己押圧型の蓄電デバイスの製造方法であって、
    初期充電及びエージングを終えた恒久封止前の上記蓄電デバイスの上記ケースのうち、上記一対のケース側壁部を上記電極体側に押圧して、
    上記一対のケース側壁部間に介在する上記電極体を上記厚み方向に圧縮すると共に、
    この押圧を解除した後にも、上記一対のケース側壁部で上記電極体を上記厚み方向に押圧し続けるように、上記一対のケース側壁部の少なくとも一方を塑性変形させて上記電極体側に凹ませる
    圧縮変形工程を備え、
    上記圧縮変形工程の後に、
    上記ケース内が外部に連通した状態の上記蓄電デバイスの上記ケースを気密に恒久封止する恒久封止工程と、
    上記圧縮変形工程における上記蓄電デバイスの押圧を解除する押圧解除工程と、を備える
    蓄電デバイスの製造方法。
  2. 請求項1に記載の蓄電デバイスの製造方法であって、
    前記電極体は、SOCの増大と共に前記厚み方向の寸法が増大する特性を有しており、
    前記圧縮変形工程は、前記蓄電デバイスをSOC30%以下の状態にして行う
    蓄電デバイスの製造方法。
  3. 請求項1または請求項2に記載の蓄電デバイスの製造方法であって、
    前記圧縮変形工程は、前記ケース内が外部に連通した状態で行う
    蓄電デバイスの製造方法。
  4. 請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の蓄電デバイスの製造方法であって、
    前記電極体が有する前記電極板は、
    正極活物質粒子を含む正極活物質層を有する正極板と、
    負極板とであり、
    上記正極活物質粒子は、
    Liを除く遷移金属の総量に占めるNiの割合が、50mol%以上である組成を有するリチウム遷移金属複合酸化物の粒子である
    蓄電デバイスの製造方法。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013093122A (ja) 2011-10-24 2013-05-16 Toyota Motor Corp 電池の製造方法
JP2013097988A (ja) 2011-10-31 2013-05-20 Toyota Motor Corp 電池及び電池の製造方法
JP2015228288A (ja) 2014-05-30 2015-12-17 株式会社豊田自動織機 蓄電装置の拘束治具
JP2018049708A (ja) 2016-09-20 2018-03-29 株式会社Gsユアサ 蓄電装置及び蓄電装置の製造方法
JP2018163858A (ja) 2017-03-27 2018-10-18 三洋電機株式会社 角形二次電池の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013093122A (ja) 2011-10-24 2013-05-16 Toyota Motor Corp 電池の製造方法
JP2013097988A (ja) 2011-10-31 2013-05-20 Toyota Motor Corp 電池及び電池の製造方法
JP2015228288A (ja) 2014-05-30 2015-12-17 株式会社豊田自動織機 蓄電装置の拘束治具
JP2018049708A (ja) 2016-09-20 2018-03-29 株式会社Gsユアサ 蓄電装置及び蓄電装置の製造方法
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