JPWO2016167116A1 - 二次電池の製造方法および製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[二次電池の基本構造]
図1a〜1bに、本発明によって製造される積層型の二次電池の一例を示している。本発明の二次電池100は、正極(正極シート)1と負極(負極シート)2とがセパレータ3を介して交互に複数層積層された電池素子(電極積層体)4を備えている。この電極積層体4は電解液5とともに、可撓性フィルムからなる外装容器6内に収容されている。電極積層体4の正極1には正極端子7の一端が、負極2には負極端子8の一端がそれぞれ接続されている。正極端子7の他端側および負極端子8の他端側は、それぞれ外装容器6の外部に引き出されている。図1bでは、電極積層体4を構成する各層の一部(厚さ方向の中間部に位置する層)を図示省略して、電解液5を示している。
図2には、図1a〜1bに示すような二次電池100を製造するための製造装置の基本構成を示している。この二次電池の製造装置は、二次電池100を収容可能であり密閉可能なチャンバ9と、チャンバ9内の二次電池100の外装容器6内に電解液5を注入する電解液注入装置10と、チャンバ9内の雰囲気圧力を調節する圧力調節装置11と、電解液注入装置10と圧力調節装置11とを制御する制御装置12と、を有している。従って、チャンバ9内に二次電池100が収容された状態で、圧力調節装置11によって雰囲気圧力を上昇させたり低下させたりすることができる。また、チャンバ9内の二次電池100の外装容器6内に電界液5を注入することができる。そして、制御装置12が圧力調節装置11と電解液注入装置10を制御して、電解液注入と減圧のタイミングを決めている。
図2に示す製造装置を用いて、図1a〜1bに示す二次電池100を製造する方法について説明する。
まず、正極集電体1aの両面に正極活物質層1bが形成された複数の正極1と、負極集電体2aの両面に負極活物質層2bが形成された複数の負極2とを、セパレータ3を挟んで交互に積層して電極積層体4を形成する。そして、この電極積層体4を外装容器6内に挿入する。外装容器6は、可撓性フィルムからなる袋状であり、電極積層体4を挿入する前または後に、電極積層体4の外周部の外側にあたる位置で重なり合う可撓性フィルム同士が、一部分を除いて互いに接合されることにより封止されている。この時に封止されない部分は、電解液5を注入する際の注入口6aとなる。また、厳密に言うと、正極端子7および負極端子8が挿通する部分では、重なり合う可撓性フィルム同士が直接接合されてはいないが、正極端子7および負極端子8の外縁部に密着する位置まで可撓性フィルム同士が接合されて、隙間が生じないように封止されている。
この電界液5の注入方法について、実際に実験した結果に基づいて評価する。前述した実施形態により電解液5を注入した状態を図3bに示している。図面中の薄い灰色は電解液5であって、黒く見えるのは空気13である。図3bに示す状態では、電極積層体4全体のうちのおよそ62.4%に電解液5が含浸されていた(浸み込み率が62.4%であった)。さらに、電極積層体4を物理的に加圧した状態で18時間程度放置し、毛細管現象を利用して電解液5の浸透を促進すると、図3cに示すように、電極積層体4全体のうちのおよそ99.9%に電解液5が含浸された。すなわち、ほぼ完全な電解液5の含浸が実現した。なお、同様な実験を複数回繰り返したところ、加圧放置工程後の浸み込み率は、99.9%,99.0%,97.7%,98.4%という結果であった。浸み込み率とは、電解液5が含浸した部分の面積を電極積層体全体の面積で割り、100倍して百分率表示で示した値である。
図9a〜9cに本実施形態の変形例を示している。この変形例では、電解液5を注入する工程のみが前述した例と異なる。電解液5を注入する工程以外の各工程や装置の構成は、前述した例と同様であるため説明を省略する。この変形例の電解液5を注入する工程では、図9aに示すように、電解液5の注入に比べて減圧の速度が速いため、電解液5の注入の途中でチャンバ9内の圧力(雰囲気圧力)が減圧停止圧力(2kPa)に到達する。その後、チャンバ9内の圧力は徐々に大気圧に戻され、それと並行して電解液5の注入は続行する。最終的に、チャンバ9内の圧力がほぼ大気圧に戻った時に、所定量の電解液5の注入が完了する。この変形例でも、図9bに示すように電極積層体4の内部への電解液5の良好な含浸が行われ、図9cに示すように加圧放置工程後には浸み込み率がさらに向上する。
本発明の第2の実施形態は、電解液5を注入する工程のみが第1の実施形態と異なる。電解液5を注入する工程以外の各工程や装置の構成は、第1の実施形態と同様であるため説明を省略する。本実施形態の電解液5を注入する工程では、図10〜12に示すように、チャンバ内の圧力を段階的に減圧するとともに、電解液5の注入を間欠的に行い、減圧と電解液5の注入とを交互に行う。本実施形態によると、減圧と電解液5の注入とを同時に行わないので、液面が乱れることなく円滑に電解液5の注入量を増やしていくことができる。ただし、減圧と電解液5の注入をあまり小刻みに中断すると、作業時間が長くなり効率が悪いので、1回の減圧段階では−10kPa以上の圧力低下となるように、かつ1回の注液段階では、最終的な注液総量の6%以上の注液を行うように設定することが好ましい。減圧および電解液5の注入は、それぞれ7段階以下程度に分割して行うことが好ましい。
2 負極
3 セパレータ
4 電極積層体(電池素子)
5 電解液
6 外装容器
7 正極端子
8 負極端子
9 チャンバ
10 電解液注入装置
11 圧力調節装置
12 制御装置
100 二次電池
Claims (7)
- 正極と負極がセパレータを介して重ね合わされた電極積層体を外装容器内に挿入する工程と、前記電極積層体を挿入する前または後に、一部分を除いて前記外装容器の外周部を封止する工程と、前記電極積層体が挿入された前記外装容器内に、未封止の前記一部分を注入口として電解液を注入する工程と、を含み、前記電解液を注入する工程では、大気圧雰囲気において前記電解液の注入を開始し、その後に、前記電解液の注入と雰囲気圧力の減圧とを行う、二次電池の製造方法。
- 前記電解液の注入と雰囲気圧力の減圧とを同時に並行して行う、請求項1に記載の二次電池の製造方法。
- 前記電解液の注入と雰囲気圧力の減圧は間欠的に行い、前記電解液の注入と雰囲気圧力の減圧とを交互に行う、請求項1に記載の二次電池の製造方法。
- 雰囲気圧力は、前記電解液の蒸気圧よりも高い減圧停止圧力まで減圧する、請求項1から3のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
- 雰囲気圧力を前記減圧停止圧力まで減圧した後に大気圧に戻す、請求項4に記載の二次電池の製造方法。
- 雰囲気圧力を前記減圧停止圧力まで減圧した後に大気圧に戻す段階においても、前記電解液の注入を続行する、請求項5に記載の二次電池の製造方法。
- 正極と負極がセパレータを介して重ね合わされた電極積層体が挿入され、一部分を除いて外周部が封止されている外装容器を収容するチャンバと、
前記チャンバ内の前記外装容器内に電解液を注入する電解液注入装置と、
前記チャンバ内の雰囲気圧力を調節する圧力調節装置と、
前記チャンバ内が大気圧雰囲気である状態で前記外装容器内に電解液の注入を開始し、前記外装容器内への前記電解液の注入と並行して前記チャンバ内の雰囲気圧力を減圧するように、前記電解液注入装置と前記圧力調節装置を制御する制御装置と、
を有する、二次電池の製造装置。
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