JP3122854B2 - 電池の含浸方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電池の含浸方法に関す
る。

【０００２】更に詳しくは、非水系二次電池の製造工程
における電解液の含浸方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】近年、例えば特開昭６２−９０８６３号
公報に開示されている様なリチウムイオンを脱ドープ
し、かつドープし得るリチウム−遷移金属複合酸化物を
正極活物質として用い、リチウムイオンをドープし、か
つ脱ドープし得る炭素質材料を負極活物質として用いる
ことを特徴とする電池が、小型、軽量、高容量で、しか
も安全な二次電池として注目されている。当該電池は、
起電力が最高４Ｖ程度であり、従来のニッケル−カドミ
ウム電池に比べ３倍以上もある。このため、水系の電解
液は電気分解を起こすため使用できず、非水系の電解液
を用いる必要がある。

【０００４】一般に、非水系の電解液はイオン伝導性が
低いため、この種の電池では電極表面積を広くして、一
定時間により多くの電流を取り出せる高出力性を維持す
る必要があり、このためには薄いポリオレフィン系の多
孔質膜あるいは不織布をセパレーターとして用いること
が有効である。

【０００５】しかしながら、非水系の電解液は非常に極
性が高く、表面張力が大きいため、無極性のポリオレフ
ィン系のセパレーターには湿りにくく、当該電池におい
ては電解液を電極、セパレーターよりなる電極体に均一
に含浸させる工程に非常に長時間がかかっていた。

【０００６】特開平２−２４４５６８号公報に開示され
ている様に、界面活性剤を添加することが、含浸速度を
上げるためには有効であるが、それでも通常の含浸方法
では十分な含浸効果は期待できない。特開平２−１７２
１５８号公報には缶開口部に液溜りを設置する真空加圧
含浸方法が開示されているが、液溜り部と缶との密着を
保つのが難しく、量産のためには複雑な機構が必要とな
る。また、ディスペンサーによる定量分注方式も可能で
あるが、装置、配管が複雑で、量産には不向きである。

【０００７】更に、非水系電解液は吸湿性が強く、しか
も混入した水は当該電池の特性を著しく損ねるため、含
浸操作は十分迅速に行なわなければならない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は正、負の電極
をセパレーターを介して対向配置し電池缶に収納してな
る非水系二次電池の製造方法において、電解液を吸湿を
避けて迅速、確実に含浸することを目的とする。

【０００９】上記目的を達成するため、本発明はリチウ
ムイオンを脱ドープし、かつドープし得るリチウム−遷
移金属複合酸化物を正極活物質とする正電極と、リチウ
ムイオンをドープし、かつ脱ドープし得る炭素質材料を
負極活物質とする負電極とをセパレータを介して対向配
置し、ロール状に巻き上げてなる電極体を円筒型の電池
缶に挿入したもの、もしくは電極体を押しつぶして角型
の電池缶に挿入したもの、もしくは、前記正、負の電極
をセパレーターを介して対向配置して折り込み角型の電
池缶に挿入したものを、減圧下で開口端を下向きにして
電解液に浸漬し、次いで加圧することを特徴とする。

【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１１】まず電池缶を減圧、加圧可能な含浸タンク
に入れ、好ましくは３０ｍｍＨｇ以下の減圧下に置くこ
とにより、電池缶内の空気は除去される。

【００１２】更に、電池缶の開口端を下向きにして前記
含浸タンクに電解液を導くか予め電解液を貯えた前記タ
ンクの電解液中に、前記電池缶を下ろすかして、当該電
池缶の開口部を電解液に浸漬し、次いで加圧することに
より、電解液は減圧状態の電池缶内へ迅速に侵入する。
一定時間後、前記含浸タンク内の電解液をタンク外に排
出するか、電池缶を電解液より引き上げることにより、
電池缶開口端側に留った余剰な電解液は回収され、迅速
な含浸が完了する。

【００１３】本発明によれば、前記含浸タンクの漏れを
無くし、かつ加圧用の気体を予め除湿しておくことによ
り、前記の電解液が吸湿する問題も解決できる。更に、
電解液を、常にモレキューラーシーブスのような乾燥剤
と接触させ、より一層の除湿を行なうことが好ましい。

【００１４】電解液に浸漬される電池缶の部分が、電池
缶の開口端近傍に限られる場合、電池缶外壁への電解液
の付着を少なくすることができるため、含浸終了後に電
池缶外壁に付着した電解液を拭き取る手間が大幅に省け
る。浸漬される部分が少ないほど電池缶外壁に付着する
電解液の量は少なくできるが、浸漬部分が少なすぎる
と、加圧中に加圧気体が電池缶内に侵入し、含浸不足の
原因となる。最も好ましい浸漬深さは、電池缶の開口端
より５〜１０ｍｍである。

【００１５】含浸が終了し、電解液溜りより離れた状態
の電池缶に、余剰な電解液が残っている場合には、余剰
な電解液は、電池缶の重量を減らすために除去すべきで
ある。更に、電池が異常な高電圧で充電されるなどして
電池缶内に気体が発生した場合、余剰な電解液を除いた
後の空間は気体溜りとしても有効に働く。本発明は、含
浸後に電池缶開口部を電解液溜りより離し、再度減圧に
することにより、余剰の電解液を排出する方法を併用す
ることが特に好ましい。

【００１６】電解液含浸後に電池缶外壁に付着した電解
液を除去することが必要である場合には、電池缶外壁に
付着した電解液が圧縮気体を高速で吹き付けると液滴と
なって集り、更には霧状に飛散する性質を利用して、圧
縮気体を電池缶外壁に吹きつけることが有効である。圧
縮気体の流速は５００ｍ／秒程度が好ましく、直径０．
５ｍｍ程度のノズル口から電池缶に向って、斜め下方向
に吹き付けるのが効率的である。吹き付ける圧縮気体を
予め除湿しておくことにより、吸湿を防止できより迅速
に次の工程に進むことができる。

【００１７】本発明の含浸方法を適用できる電池の構造
は、正、負の電極とセパレータを介して対向配置し、ロ
ール状に巻き上げてなる電極体を円筒型の電池缶に挿入
したもの、もしくは電極体を押しつぶして角型の電池缶
に挿入したもの、もしくは、前記正、負の電極をセパレ
ーターを介して対向配置して折り込み角型の電池缶に挿
入したものである。

【００１８】本発明に使用する電池のセパレーターとし
ては特に限定されないが、ポリエチレンあるいはポリプ
ロビレン製セパレーターを使用した場合に、本発明の効
果が顕著である。具体的には、例えばポリプロピレンの
多孔性フィルム、ポリエチレンの多孔性フィルム、ポリ
プロピレンの不織布、ポリエチレンの不織布、あるい
は、これらのラミネート品などが挙げられる。

【００１９】又、非水系の電解液としては、例えばエー
テル類、ケトン類、ラクトン類、ニトリル類、アミン
類、アミド類、硫黄化合物、塩素化炭化水素類、エステ
ル類、カーボネート類、ニトロ化合物、リン酸エステル
系化合物、スルホラン系化合物等を用いることができる
が、これらのうちでもエーテル類、ケトン類、ニトリル
類、塩素化炭化水素類、カーボネート類、スルホラン系
化合物が好ましい。更に好ましくは環状カーボネート類
である。

【００２０】これらの代表例としては、テトラヒドロフ
ラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキ
サン、アニソール、モノグライム、アセトニトリル、プ
ロピオニトリル、４−メチル−２−ペンタノン、ブチロ
ニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、１，２−
ジクロロエタン、γ−ブチロラクトン、ジメトキシエタ
ン、メチルフォルメイト、プロピレンカーボネート、エ
チレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチル
ホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルチオホ
ルムアミド、スルホラン、３−メチル−スルホラン、リ
ン酸トリメチル、リン酸トリエチルおよびこれらの混合
溶媒等をあげることができるが、必ずしもこれらに限定
されるものではない。

【００２１】非水電解液の電解質としては特に限定され
ないが、一例を示せば、ＬｉＣｌＯ₄ ，ＬｉＢＦ₄ ，Ｌ
ｉＡｓＦ₆ ，ＣＦ₃ ＳＯ₃ Ｌｉ，ＬｉＰＦ₆ ，ＬｉＩ，
ＬｉＡｌＣｌ₄ ，ＮａＣｌＯ₄ ，ＮａＢＦ₄ ，ＮａＩ，
（ｎ−Ｂｕ）₄ Ｎ⁺ ＣｌＯ₄，（ｎ−Ｂｕ）₄ Ｎ⁺ ＢＦ₄
，ＫＰＦ₆ 等が挙げられる。

【００２２】

【実施例】次に、実施例によって本発明をさらに詳細に
説明するが、これらは本発明の範囲を制限しない。

【００２３】実施例１ 正極は、活物質のＬｉＣｏＳｎ_0.02Ｏ₂ に対して５％の
炭素系導電助剤を加えてなるコンパウンドに、ポリビニ
リデンフルオライドの５％ＤＭＦ溶液を同量加えて分散
液とし、これを厚み１５μｍのアルミニウム箔の両面に
それぞれ３００ｇ／ｍ² で均一に添着し乾燥する。

【００２４】また、負極は、活物質として平均粒子径１
０μｍのニードルコークスにポリビニリデンフルオライ
ドの５％ＤＭＦ溶液を同量加えて分散液とし、これを厚
み１０μｍのステンレススチール３０４箔の両面にそれ
ぞれ１５０ｇ／ｍ² で均一に添着し、乾燥する。

【００２５】これらの正極、負極を４０ｍｍの巾にサイ
ジングし、リードタブをつけた後、厚み３５μｍのポリ
エチレン製微多孔膜セパレーターを介して、うず巻き状
のコイルを作成する。

【００２６】コイルの直径は１５．５ｍｍであり、これ
を内径１５．６ｍｍ、長さ４９．５ｍｍのステンレスス
チール缶に挿入する。

【００２７】電解液はＬｉＢＦ₄ １モル／ｌのプロピレ
ンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラ
クトンの３成分溶液である。

【００２８】図１、２はそれぞれ、本実施例に用いた含
浸装置、液滴除去機構の概念図である。

【００２９】電池缶４はワーク保持治具３に保持され、
含浸タンク１の中に電池缶４の開口端を下向きにしてセ
ットされる。この状態で電池缶４の開口端は未だ含浸タ
ンク１の底部に溜った電解液には触れていない。電解液
は電解液タンク６よりポンプ７により脱水カラム５を通
して供給され、余剰分は自然流下で電解液タンク６に戻
って、電解液タンク１内のレベルを一定に保っている。

【００３０】電池缶４をセットした後、電解液の流路を
遮断し、含浸タンク１を３０Ｐａまで排気し、電池缶内
の空気を除去する。約２分後、昇降機構２を作動させて
電池缶４を下降させ、図１のように、電池缶４の開口端
を開口端より５ｍｍの深さまで電解液に浸ける。次い
で、排気経路を遮断し、含浸タンク１に露点−５０℃の
空気を送り込み、２ｋｇＧ／ｃｍ² まで加圧して約５分
間保持する。この間に、電解液は電池缶４に吸い上げら
れ、迅速な含浸が行なわれる。

【００３１】次に含浸タンク１を常圧に戻し、更に３０
ｍｍＨｇまで減圧して、電池缶内の余剰電解液を排出す
る。次いで含浸タンク１を常圧に戻し、電池缶４をワー
ク保持治具３と共に図２に示す液滴除去機構に移す。液
滴除去機構には、電池缶４の開口端中央に向って、露点
−５０℃の空気を吹き出すノズル８が設けられており、
電池缶４セット後約３０秒間、電池缶４の開口端外壁に
付着した電解液に対して、直径０．５ｍｍのノズル８よ
り６ｌ／分の空気を吹き付ける。この際、均一に空気が
当る様にワーク保持治具３を平行移動すると、より効果
的である。電池缶４外壁に付着した電解液は空気流によ
って吹き寄せられ、大きな液滴となって電池缶４の開口
端に集まり、遂には霧状に飛散する。飛散した電解液は
液滴除去装置の下部に取り付けられたミストセパレータ
ーで集められ、廃棄される。

【００３２】次いで電池缶を封口すれば、電池が完成す
る。

【００３３】１００ケの電池を含浸したところ、含浸液
量は４．１５〜４．５１ｇ／セルの範囲に入っており、
電池としての性能も良好であった。含浸直後の電池を解
体したところ、電解液はセパレーター全面に均一に染み
ていた。

【００３４】

【発明の効果】以上説明の如く、本発明の含浸方法によ
れば、量産時においても、電解液含浸量のバラツキを非
常に小さくでき、更にセパレーター全面に均一な含浸が
可能となる。しかも、含浸を非常に迅速に行なえるた
め、電池特性へ悪影響を及ぼす電解液の吸湿をも防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いた含浸装置の概念図

【図２】実施例で用いた液滴除去機構の概念図

【符号の説明】

１ 含浸タンク ２ 昇降機構 ３ ワーク保持治具 ４ 電池缶 ５ 脱水カラム ６ 電解液タンク ７ ポンプ ８ ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 2/36 103 H01M 10/40

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リチウムイオンを脱ドープし、かつドー
   プし得るリチウム−遷移金属複合酸化物を正極活物質と
   する正電極と、リチウムイオンをドープし、かつ脱ドー
   プし得る炭素質材料を負極活物質とする負電極とをセパ
   レータを介して対向配置し、ロール状に巻き上げてなる
   電極体を円筒型の電池缶に挿入したもの、もしくは電極
   体を押しつぶして角型の電池缶に挿入したもの、もしく
   は、前記正、負の電極をセパレーターを介して対向配置
   して折り込み角型の電池缶に挿入したものを、減圧下で
   開口端を下向きにして電解液に浸漬し、次いで加圧する
   ことを特徴とする電池の含浸方法。