JPH11329505A - リチウムイオン二次電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 初期充電時の内圧上昇による電池ケースの変
形を防止できると共に、電解液飛沫が外部に飛散して電
池ケースを汚すことがないリチウムイオン二次電池の製
造方法を提供する。 【解決手段】 リチウムイオン二次電池の電解液注入口
１８より電池ケース２内に電解液を定量注入した後に、
該電解液注入口１８を仮封口して初期充電を行う初期充
電工程と、該初期充電工程終了後に、上記電解液注入口
１８を一旦開放して電池ケース内に貯まった反応ガスを
外部に排出する内圧除去工程と、該内圧除去工程後に、
前記電解液注入口１３を本封口する本封口工程とを経て
製造することにより、初期充電時に発生する反応ガス圧
力に起因した電池ケース２の脹らみをなくし、充電時の
電解液飛沫の外部への飛散を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリチウムイオン二次
電池の製造方法に係わり、特に初期充電時に発生する水
素ガスにに起因した内圧上昇によって、電池ケースに脹
らみが生じるのを防止し得るようにしたリチウムイオン
二次電池の製造方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話や携帯型情報端末機器等
の小型・軽量化が進み、これに伴いこれらの電子機器に
搭載されるリチウムイオン二次電池に対しても、その可
及的な小型軽量化が求められており、当該リチウムイオ
ン二次電池の電池ケースの板厚も可及的な薄肉化が図ら
れている。

【０００３】ここで、一般にリチウムイオン二次電池を
製品として出荷する場合、完成後のリチウムイオン二次
電池に対し、一定の起電力が生じるまで初期充電を行っ
てから市場に提供しているが、上記のように電池ケース
の薄肉化が図られたリチウムイオン二次電池では、完成
後の密閉状態で初期充電を行うと、充電時に発生するガ
スで電池内の圧力が上昇し、これによりケースに脹らみ
が生じてしまい、場合によっては電子機器の電池収納部
にリチウムイオン二次電池をセットすることができなく
なるといった事態を招く懸念があった。

【０００４】そこで本発明者等が、内圧の増加に伴う電
池ケースの脹らみについて、電池ケース用として一般に
使用されているＮＰＳ(Nikel Plated Steel)及びアルミ
ニウム(Al)を素材にした電池ケースで試験をしたとこ
ろ、図４のグラフに示すような結果が得られた。

【０００５】すなわち、この図４のグラフにおいて、縦
軸は電池ケースの片側変形量（脹らみ量）を示し、横軸
は内圧の変化（電池ケースに作用する圧力の変化）を示
しているが、このグラフから明らかなように、電池ケー
スの脹らみは電池内圧の増加に略比例し、この電池ケー
スの片側の脹らみを通常の許容値である０．５ｍｍ未満
に維持するためには、素材として肉厚ｔが０．８ｍｍ以
上のＮＰＳを使用する必要があることが判った。

【０００６】しかしながら、肉圧ｔが０．８ｍｍと比較
的厚いＮＰＳを素材にして電池ケースを形成したとして
も、ユーザーによる実際の使用環境は温度条件等が様々
になるので、その使用環境によっては必ずしも脹らみを
０．５ｍｍ未満に抑え得るとは限らないという懸念があ
る。また、肉厚ｔが０．８ｍｍ以上もある厚い素材を用
いた場合には、外形寸法を同一に形成すれば必然的にケ
ースの内容積は減少するから、電池の高容量化が阻害さ
れてしまうことになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者等は、
初期充電後の電池内圧をできるだけ下げるために、電池
ケースの電解液注入口にケース内圧を逃がす弁、例え
ば、鋼球等からなるガスパージ弁を設けることにより、
その初期充電中に発生したガスを逐次外部に放出してケ
ース内の圧力を逃がすといった方法及び装置を案出し、
その検討を進めてきた。

【０００８】しかしながら、上記ガスパージ弁によって
充電中に内圧を逃がすようにすると、ガスを包む電解液
気泡の破裂によって、反応ガスとともに電解液の飛沫ま
でが外に飛散してしまうことがあり、ケースを汚して腐
蝕の原因となる懸念があった。また、上記ガスパージ弁
は逆止弁として機能するが、設定圧力を超えた状態にな
らないと開放しないので、初期充電中に発生するガスに
よる圧力上昇分を全て放出させることができないという
課題もあった。

【０００９】本発明は上記課題に鑑みて案出されたもの
であり、その目的は、初期充電工程で発生するガスに起
因した内圧の上昇及び電池ケースの膨出による変形を防
止し得、且つ、電解液飛沫の排出をも防ぎ得るリチウム
イオン二次電池製造時の初期充電方法を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係るリチウムイオン二次電池の製造方法に
あっては、リチウムイオン二次電池の電解液注入口より
電池ケース内の電解液貯溜室に電解液を定量注入した
後、該電解液注入口を仮封口して初期充電を行う初期充
電工程と、該初期充電工程後に、上記仮封口した電解液
注入口を開放して該初期充電により該電解液貯溜室内に
発生したガスを外部に排出する内圧除去工程と、該内圧
除去工程後に、前記電解液注入口を本封口する本封口工
程とを有することを特徴とする。

【００１１】すなわち、本発明では、リチウムイオン二
次電池の電解液注入口より電池ケース内に電解液を定量
注入した後、該電解液注入口を閉成して初期充電を行
う。この際、電解液注入口は本封口せずに、ゴム栓など
を用いて簡易的に仮封口しておき、これにより充電時に
おいて発生するガスを包んだ電解液気泡が破裂しても電
解液飛沫が外部に飛散するのを防ぐ。そして、この初期
充電工程後に、上記電解液注入口を開放して電解液貯溜
室内に貯まったガスを外部に排出して電解液貯溜室内の
圧力上昇分を逃がし、この後、前記電解液注入口を本封
口して閉成する。これにより、リチウムイオン二次電池
製造時の初期充電に伴う電池ケース内圧の上昇及び電池
ケースの脹らみを防止する。従って、電子機器における
所定のリチウムイオン二次電池搭載部に対して何等の支
障もなくリチウムイオン二次電池を収納して取り付るこ
とができる。

【００１２】また、この様にして初期充電を行うリチウ
ムイオン二次電池の製造方法は、電池ケースが直方体状
を呈して内圧による変形を来しやすい角形ケースでなる
リチウムイオン二次電池に対して、すこぶる有用であ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るリチウムイ
オン二次電池の製造方法の実施形態について添付図面に
示す実施例を参照して詳細に説明する。

【００１４】図１は本発明の製造方法が適用される角形
リチウムイオン二次電池をその正極側の一部を破断して
示した概略構成図である。同図に示すように、本実施例
に係るリチウムイオン二次電池１はそのケース本体２が
直方体をなす有底筒体状に成形されている。ケース本体
２内にはその底部側に、発電要素としての積層電極群７
が開口部３側から挿入配置されている。この積層電極群
７は正極板４と負極板５とセパレータ６とを扁平に巻回
形成してなるもので、負極板５とケース本体２とは図示
していない負極リード板で接続されて当該ケース本体２
は負極缶とされている。

【００１５】巻回電極群７の上側には、開口部３側から
ケース本体２内面に嵌合装着される電極群押え８が設け
られており、この電極群押さえ８の下方は発電要素収納
室９となっている。電極群押さえ８の上側には、さらに
これに当接してケース本体２内を密閉する蓋１０がケー
ス本体２の上端内周部に嵌合して溶接固定され、電極群
押さえ８は当該蓋１０によって下方に押し下げられて巻
回電極群７を固定係止している。また、当該蓋１０には
これを貫通する正極端子１１が、端子ケース１２を介し
て密閉状態を保ちつつ取り付けられていて、巻回電極群
７の正極板４から延びる正極リード板１３が電極群押さ
え８の中央部に開口された通孔１４を通じてその正極端
子１１に電気的に接続されている。なお、図示していな
いが正極端子１１は端子ケース１２に対して絶縁されて
いる。

【００１６】上記電極押え板８は、図中でその上側に設
けられる蓋１０、即ち、上記開口部３に嵌合されてその
ケース本体２の内面に沿って溶接される蓋１０により移
動を規制されるようになっていて、ケース本体２内は当
該蓋１０によって密封されている。また、この蓋１０の
上側にはさらに絶縁板１５が設けられるとともに、ケー
ス本体２の周側は熱収縮性樹脂のチューブ１６によって
被覆されて絶縁されるようになっている。

【００１７】ところで、上記蓋１０には、ケース本体２
内の発電要素収納室９内に電解液を注入するための電解
液注入部１７が凹設形成されていて、この電解液注入部
１７の中央に開口された電解液注入口１８はゴム製の弁
体１９により閉止されている。この弁体１９は、注入口
１８に嵌合挿入されてこの注入口１８をシールする小径
の嵌合部２０と、注入口１８の周囲に有底筒状に凹設形
成された電解液注入部１７に着座される大径の弁本体部
２１とからなり、当該弁体１９は蓋１０にネジ止めされ
る押え板２２によって押圧されて注入口１８の周りに弁
本体部２１が密着されるようになっている。

【００１８】ところで、上記構成でなるリチウムイオン
二次電池１は、その製造時において次のようなプロセス
で初期充電が行われる。即ち、図２（Ａ）に示すよう
に、先ず、ケース本体２内に前記巻回電極７を収容して
前記電極押え８を嵌合させた後、ケース本体２の開口部
内周面に蓋１０を嵌合し、溶接する。

【００１９】溶接後、前記電解液注入部１７の注入口１
８からケース本体２内に電解液を注入充填し、その後、
例えば、図２( Ｂ) に示すような栓２５を注入口１８に
嵌合させて閉止仮封口する。次に、リチウムイオン二次
電池１の正・負両極に充電用電源の正極と負極とをそれ
ぞれ接続して通電し初期充電を行う。この充電によりリ
チウムイオン二次電池に所定の起電力が生じたらこの初
期充電工程を終了する。

【００２０】上記初期充電工程の終了後、上記栓２５を
注入口１８から抜取り、充電中にケース内部に発生した
反応ガスを外部に放出し、当該反応ガスによるケース本
体２内の圧力上昇分を除去する。これにより、ケース本
体２内の内圧が下がるのでケース本体２の脹らみはなく
なり充電前の状態まで回復する。

【００２１】そして、上記内圧除去工程後、注入口１８
を前記ゴム製の弁体１９で閉止した後、当該弁体１９を
押さえ板２２で押さえ付けて電解液注入部１７の底部に
密着させ、注入口１８の気密性を確保して封口する。爾
後、図１に示してあるように、蓋１０の外側面には絶縁
板１５を重ねて取り付けるとともに、ケース本体２の外
側面を熱収縮性樹脂のチューブ１６で被覆してリチウム
イオン二次電池の製造を完了する。

【００２２】表１は、図１に示す構造の角形非水電解リ
チウムイオン二次電池を、上記のように初期充電後の本
封口の前に内圧上昇分を除去する本発明の方法で製造し
た場合と、本封口してから初期充電を行う従来の方法で
製造した場合とにおける電池ケースの脹らみの経時変化
量（充放電の繰り返しによる変化量）を示すものであ
り、図３はこれを折れ線グラフに示したものである。こ
こで、この試験にはそれぞれ１０個の電池を供してお
り、表１の測定値はその平均値である。

【００２３】

【表１】

【００２４】この表１及び図３から明らかなように、両
者とも第２回充電以降はその繰り返し充放電によるケー
ス本体３の脹らみは殆ど生じておらず、ケース本体３を
脹らませる要因は、初期充電時（第１回充電時）に発生
するガスに起因したものであることが判る。このため、
初期充電後に一旦電池ケースの注入口１８を開放し、内
部の圧力上昇分を外部に逃がしてから電池ケースを本封
口して密閉するようにした本発明の製造方法では、第２
回目以降の充放電により生ずる脹らみが、初期充電時の
ガスを排出した分だけ小さくなっている。

【００２５】即ち、本発明のリチウムイオン二次電池の
製造方法によれば、電解液注入口１８仮封口した状態で
初期充電を行い、この初期充電終了後に注入口１８を一
旦開放して内圧の上昇分を外部に逃がしてから、電解液
注入口１３を本封口して密閉するようにしたので、充放
電に伴うケース本体２の脹らみの発生を無視できる程度
まで可及的に小さくすることができ、また初期充電時に
は仮封口により電解液の飛沫が外部に飛散することを防
止し得るから、電池ケースが汚されることがなく、もっ
て腐食の発生を可及的に防止できるようになり、信頼性
の高いリチウムイオン二次電池を提供することができ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上、要するに本発明に係るリチウムイ
オン二次電池の製造方法によれば、初期充電時に発生す
る反応ガスに起因した電池ケースの脹らみの発生を防止
することができると共に、電解液飛沫の外部への飛散も
防止することができ、これにより、電解液の飛沫による
汚れ、腐蝕を防止することができ、もって信頼性の高い
リチウムイオン二次電池を提供し得、特に角形リチウム
イオン二次電池に適用して有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る製造方法が採用されるリチウムイ
オン二次電池構造の一例を示すもので、角形リチウムイ
オン二次電池の一部破断正面図である。

【図２】本発明に係るリチウムイオン二次電池の製造方
法における製造工程を概略的に説明する要部の拡大断面
図である。

【図３】本発明に係る製造方法と従来の製造方法とによ
り作製したリチウムイオン二次電池を用いて、繰り返し
充電したときの電池ケースの脹らみの経時変化を測定し
た結果を示すグラフである。

【図４】電池ケース内圧の上昇と電池ケースの脹らみと
の関係について、素材がＮＰＳのものとアルミニウムの
ものとの試験結果を示す図である。

【符号の説明】

１ リチウムイオン二次電池 ２ ケー
ス本体 ３ 開口部 ４ 正極
板 ５ 負極板 ６ セパ
レータ ７ 巻回電極群 ８ 電極
群押え １０ 蓋 １１ 正
極端子 １２ 端子ケース １３ 正
極リード板 １５ 絶縁板 １６ 熱
収縮性樹脂チューブ １７ 電解液注入部 １８ 注
入口 １９ ゴム製の弁体 ２２ 押
え板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リチウムイオン二次電池の電池ケース内
   に電解液注入口より電解液を定量注入した後、該電解液
   注入口を仮封口して初期充電を行う初期充電工程と、 該初期充電工程後に、上記仮封口した電解液注入口を開
   放して該初期充電により該電池ケース内に発生したガス
   を外部に排出する内圧除去工程と、 該内圧除去工程後に、前記電解液注入口を本封口する本
   封口工程と、 を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池の製
   造方法。
2. 【請求項２】 前記電池ケースが直方体状の角形を呈し
   ていることを特徴とする請求項１記載のリチウムイオン
   二次電池の製造方法。