JP7214700B2 - 二次電池の製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、電解液を電池ケースから溢れ出させないために、電解液の高さが注液ノズルの高さを超えないように、真空排気と大気開放を繰り返しながら電解液の注液を行う方法が開示されている。
特許文献2には、電解液の注液条件と大気圧開放による電解液の含浸条件を設定しておき、1サイクルの注液と含浸が終わった後に、電極体の積層間に存在する空隙の大きさを超音波による検査にて評価し、その評価結果に応じて予め設定した注液条件および含浸条件を変更し、注液を再開する方法が開示されている。
即ち、上述の方法では減圧と大気圧開放を複数回行っている。大気圧開放によって電解液が電極体内に含浸した際に液面が低下する。このとき、当該液面が電極体の上端部よりも下方に下がったコンディションとなった場合、露出した電極体の上端部からは空気が流入し得る。その結果、電極体内部の負圧が解消され、電解液の浸透不良が生じ得る。したがって、電極体に対してより良好に電解液を浸透させる技術が求められている。
そして、ここで開示される二次電池の製造方法では、前記注液工程は、前記電池ケース内に注液された前記電解液の液面の高さを検出しながら行い、該液面の高さが、前記電極体の上端部よりも上方に維持されるように注液量を調節しながら注液を行うとともに、前記注液された前記電解液の総注液量が、予め設定した注液量に達した際に該注液が停止するように行われる。
かかる製造方法によると、電解液の注液時は、電極体が外に露出することがないように注液量が調整されながら行われる。かかる注液時のコンディション制御によって、電極体の内部の負圧が解消されるのを防止し、電解液の浸透不良が抑制される。これにより、電極体内部に電解液の浸透不良領域が形成されるのを防止することができる。
ここで開示される二次電池の製造方法で製造される対象の二次電池は、電解液を電池ケース内に注液するプロセスを包含する製造工程で製造される二次電池であればよく、以下に説明するリチウムイオン二次電池に限定されるものではない。例えば、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池、あるいはリチウムイオンキャパシタ(いわゆる物理電池に包含される)等も製造対象とされる二次電池に包含される。
また、ここでは複数の正極および負極の電極体がセパレータを介して捲回された構造を有する捲回電極体を備えるリチウムイオン二次電池を用いて説明するが、電極体はかかる構成に限られず、複数の正極および負極の電極体がセパレータを介して積層された構成であってもよい。
図1は、注液装置100の全体構成を示す模式図である。注液装置100は、二次電池200を収容可能な収容チャンバ40と、注液ノズル10と、電解液タンク20と、注液通路30と、検出部34と、制御部32と、開放バルブ52と、真空ポンプ60と、を備えている。
ンプ60との間には、真空バルブ62が設けられている。注液装置100は、この真空ポンプ60によって収容チャンバ40内を減圧状態にすることができるように構成されている。
なお、電解液タンク20に収容され、二次電池200内に注液される電解液25としては、典型的には非水溶媒と支持塩とを含有した、従来の一般的なリチウムイオン二次電池で使用され得るものを特に制限なく使用することができ、本発明を特徴付けるものではないため詳細な説明は省略する。
検出部34は、二次電池200内に注液された電解液の液面25Sの高さをリアルタイムで検出できる限りにおいて特に限定されない。検出部34としては例えば、液面センサや撮像装置等を好適に用いることができる。
安全弁230は、電池ケース210の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように設定されている感圧式安全機構である。安全弁230を正確に動作させるために、安全弁230は、蓋体212の中央付近に設けられている。注液口240は、蓋体212に設けられた開口である。
正極21を構成する正極集電体21Aや正極活物質層21Bに含まれる材料については、従来の一般的なリチウムイオン二次電池で使用され得るものを特に制限なく使用することができる。
負極22を構成する負極集電体22Aや負極活物質層22Bに含まれる材料については、従来の一般的なリチウムイオン二次電池で使用され得るものを特に制限なく使用することができる。
セパレータ23、24には、所要の耐熱性を有する樹脂シート等が使用される。セパレータ23、24としては、従来の一般的なリチウムイオン二次電池で使用され得るものを特に制限なく使用することがでる。
このため、当該接続されている部分の近傍において、正極集電体露出部21Cのシート間の間隙と、負極集電体露出部22Cのシート間の間隙は、それぞれ閉じられている。当該接続されている部分から離れた所では、正極集電体露出部21Cのシート間の間隙と、負極集電体露出部22Cのシート間の間隙は、それぞれ維持されている。
電解液25の注液において、含浸は、当該間隙から電極体220内部に向かって進行する。つまり、電極体25は、電極体側縁部220A、220Bから電極体220内部に向かって、捲回軸WLに沿った方向に含浸する。
かかる製造方法は、正極および負極を備えた電極体が電池ケース内に収容された電池組立体を用意する工程と、電池ケース内を予め定められたゲージ圧まで減圧する工程と、電池ケース内に電解液を注液する工程と、を包含する。
注液量の調節は、例えば注液装置100に備えられている制御部32によって制御することができる。
減圧工程によって、収容チャンバ40内が予め定められた圧力に達したところで、電池ケース210内に、所定の量の電解液25が注液される(S1)。所定の注液量は、例えば電池ケース210の容積や電極体220の体積等に応じて定められ、電解液の液面25Sが電極体220の上端部よりも高い位置に来るように、なおかつ電解液25が電池ケース214から溢れ出ない量に定められる。
ここでの注液(S1)が終了した時、注液した電解液の液面25Sが電極体220よりも高い位置に達している。このとき、電極体220内部の圧力は大気圧に対して負圧になっている。
なお、基準の高さは、電極体220の上端よりも高い位置に定められる。液面25Sの検出は、上述した液面センサや撮像装置を用いて行うことができる。例えば接触によって液面25Sを検出する検出部34を用いて、検出部34に液面25Sが接触しているか接触していないかによって液面25Sの高さの検出を行うことができる。
総注液量が予め設定した注液量に達していない場合は(S7:No)、処理S5に戻り液面25Sの検出を行う。総注液量が予め設定した注液量に達した場合は(S7:Yes)、注液が完了する。
以下、ここで開示される製造方法を好適に実施した試験例を説明する。
捲回電極体を有する、同形の電池組立体を用意し、後述する異なる注液条件において注液を行い、注液後の電解液の液面の高さから電解液の電極体に対する浸透性の評価を行った。
図5は、注液完了後の電池ケース内の電解液の液面の高さの変化を示すグラフである。ここで液面の高さは、電解液の液面低下が収まったときの高さを0としている。ここでは、それぞれ、注液完了後、電解液の液面の低下が収まるまでの電解液の液面の高さの変化が示されている。
電池組立体を収容チャンバに収容し、収容チャンバ内のゲージ圧が-90kPaになるように減圧を行った。減圧の後、収容チャンバ内を減圧状態に保ったまま所定量の電解液の注液を行った。電解液の液面が捲回電極体の上端よりも高い位置に達した際に注液を停止し、収容チャンバ内を大気圧に開放した。大気圧開放により、電解液の液面の低下が始まったが、液面が捲回電極体の上端よりも低い位置に来る前に注液を再開し、液面を捲回電極体の上端よりも高い位置に維持されるように、単位時間当たりの流量を上述した制御によって調整しながら注液を継続した。注液した電解液の量が予め定められた量に達したときに注液を完了し、液面の高さの測定を開始した。
例1と同様の条件で減圧を行い、収容チャンバ内を減圧状態に保ったまま電解液の1回目の注液を開始した。電解液の液面が捲回電極体の上端よりも高い位置に達した際に注液を停止し、収容チャンバ内を大気圧に開放した。大気圧開放により、電解液の液面の低下が始まった。液面の高さが捲回電極体の上端よりも低い位置に来るまで待って、2回目の注液を開始した。注液した電解液の量が予め定められた量に達したときに注液を完了し、液面の高さの測定を開始した。例2では、単位時間当たりの流量が一定になるように電解液の注液を行った。なお、最終的に注液した電解液の量は例1と同量である。
20 電解液タンク
21 正極
21A 正極集電体
21B 正極活物質層
21C 正極集電体露出部
22 負極
22A 負極集電体
22B 負極活物質層
22C 負極集電体露出部
23 セパレータ
24 セパレータ
25 電解液
25S 電解液の液面
30 注液通路
32 制御部
34 検出部
40 収容チャンバ
42 チャンバ蓋体
44 チャンバ本体
52 開放バルブ
60 真空ポンプ
62 真空バルブ
100 注液装置
200 二次電池
210 電池ケース
212 蓋体
214 ケース本体
220 電極体
220A 側縁部
220B 側縁部
230 安全弁
240 注液口
250 正極端子
251 正極集電端子
260 負極端子
261 負極集電端子
280 絶縁フィルム
WL 捲回軸
Claims (3)
- 正極および負極を備えた電極体が電池ケース内に収容された電池組立体を用意する電池組立体用意工程と、
前記電池ケース内を予め定められたゲージ圧まで減圧する減圧工程と、
前記電池ケース内に電解液を注液する注液工程と、
を備え、
前記注液工程は、
前記減圧された状態で注液が開始され、
前記電池ケース内に注液された前記電解液の液面の高さが前記電極体の上端部よりも上方に到達したところで大気圧に開放し、かつ、前記電池ケース内に注液された前記電解液の液面の高さを検出しつつ、前記液面の高さが前記電極体の前記上端部よりも上方に維持されるように注液量を調節しながら注液し、
前記注液された前記電解液の総注液量が、予め設定した注液量に達した際に該注液が停止される、
二次電池の製造方法。 - 前記注液工程における前記液面の高さの検出は、液面センサによって行われる、請求項1に記載の二次電池の製造方法。
- 前記注液工程における前記液面の高さの検出は、撮像装置によって監視することによって行われる、請求項1に記載の二次電池の製造方法。
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