(57)【要約】【課題】初期充電工程において極板全体で均等に充電を行うことのできる非水電解質二次電池の製造方法を提供することにある。【解決手段】初期充電工程において、電池ケース２を圧迫しつつ充電を行う。これにより、発電要素６の膨張を抑制して電極板７、８の間隔を均一に保ち、電流密度を均一に保つことができる。これにより、電極板７、８全体で均等に充電反応を進行させることができる。また、充電電流を０．１５ＣＡ以下とすることにより、分極が抑制されて充電容量が大きくなる。このため、一次的に電流密度の偏りが生じたとしても、充電が進行するに連れて徐々に偏りがならされていき、結果として電極板７、８全体を均等に充電することができる。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とをセパレータを介して積層し、巻回することにより形成された発電要素と、この発電要素を収容する電池ケースとを備えた非水電解質二次電池の製造方法であって、
初期充電工程において、電池ケースを圧迫しつつ充電を行い、かつ、充電電流を０．１５ＣＡ以下とすることを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項２】
前記発電要素が扁平形状に巻回されているとともに、
前記初期充電工程において前記電池ケースを厚さ方向に圧迫することを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水電解質二次電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、正極と負極との間で一方が放出したリチウムイオンを他方に吸蔵させるという可逆反応によって充放電を行う非水電解質二次電池は、高電圧・高エネルギー密度を有するため、広く民生用電子機器の電源として用いられている。この種の電池は、長尺帯状の正極と負極とをセパレータを介して積層し、巻回することにより形成された発電要素を、電解液とともに電池ケース内に収容することにより製造されることが一般的である。
なお、この種の電池としては、例えば特許第３１４８９０５号公報（特許文献１）に記載されたものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１４８９０５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような電池においては、初期充電時に電極表面での電解液の分解によりガスが発生し、このガスが極板間に溜まることにより発電要素が膨張する場合がある。このような場合には、極板間に部分的に開きが生じ、その部分では電流密度が低くなるために、局部的に充電が不充分となってしまう場合がある。このように初期充電が極板全体で均等に行われないと、その後の充放電においても活物質を充分に活用することができず、充分な充放電容量やサイクル特性を得られなくなるおそれがある。
【０００５】
特に、図５に示す電池１０１のように、発電要素１０２が扁平形状に巻回されたタイプのものである場合には、幅方向に比べて厚さ方向の膨張が大きくなり易い。このために、極板１０３、１０４の間隔が不均一となりやすく、極板全体を均等に充電することがいっそう困難となる。
【０００６】
本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、初期充電工程において極板全体で均等に充電を行うことのできる非水電解質二次電池の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための請求項１の発明に係る非水電解質二次電池の製造方法は、正極と負極とをセパレータを介して積層し、巻回することにより形成された発電要素と、この発電要素を収容する電池ケースとを備えた非水電解質二次電池の製造方法であって、初期充電工程において、電池ケースを圧迫しつつ充電を行い、かつ、充電電流を０．１５ＣＡ以下とすることを特徴とする。
【０００８】
ここで、「圧迫」は、電池ケースが押し潰されるほどの大きな圧迫力ではなく、発電要素の膨張に対抗して電池ケースの外形を一定形状に保持できる程度の圧迫力をもって行えば良い。
【０００９】
また、初期充電工程において数サイクルの充放電を行う場合には、必ずしも全サイクルに渡って圧迫を行う必要はないが、少なくとも、初回および２サイクル目の充電時において圧迫を行うことが好ましい。また、充電電流についても同様に、初回および２サイクル目の充電時において０．１５ＣＡ以下とすることが好ましい。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の非水電解質二次電池の製造方法であって、前記発電要素が扁平形状に巻回されているとともに、前記初期充電工程において前記電池ケースを厚さ方向に圧迫することを特徴とする。
【００１１】
【発明の作用、および発明の効果】
本発明によれば、初期充電工程において、電池ケースを圧迫しつつ充電を行う。これにより、発電要素の膨張を抑制して極板間隔を均一に保ち、電流密度を均一に保つことができる。これにより、極板全体で均等に充電反応を進行させることができる。また、充電電流を０．１５ＣＡ以下とすることにより、分極が抑制されて充電容量が大きくなる。このため、一次的に電流密度の偏りが生じたとしても、充電が進行するに連れて徐々に偏りがならされていき、結果として極板全体を均等に充電することができる。これらにより、電池のサイクル特性を向上させることができる。
【００１２】
特に、扁平形状の発電要素を備える電池においては、膨張率の大きい厚さ方向に圧迫を行うことにより、極板間隔の不均一化を抑制し、均等に充電を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の非水電解質二次電池の製造方法を具体化した第１実施形態について、図１および図２を参照しつつ、詳細に説明する。
【００１４】
図１には、本実施形態の電池１を示した。この電池１は、角型のリチウムイオン二次電池である。電池１には、アルミニウムにより有底の角型容器状に形成された電池缶３と、この電池缶３の開口部に溶着されてこの開口部を覆蓋する蓋部４からなる電池ケース２が備えられており、その内部に発電要素６と電解液とが収容されている。また、蓋部４には、この蓋部４を貫通する負極端子５が、絶縁材を介して取り付けられている。
【００１５】
電池ケース２内に収容される発電要素６は、正極用電極板７と負極用電極板８とをセパレータ９を介して積層し、巻回することにより扁平形状に作製されたものである。正極用電極板７からは正極リードが導出されて、電池缶３の底部に溶着されており、これにより、電池缶３全体が正極端子としての役割を担っている。また、負極用電極板８からは負極リードが導出されて、蓋部４に備えられた負極端子５に溶着されている。
【００１６】
次に、この電池１の製造方法について説明する。
【００１７】
正極用電極板７の作製方法は以下のとおりである。正極活物質としてのコバルト酸リチウムに結着剤としてポリフッ化ビニリデン、導電材としてアセチレンブラックを添加してペースト状となるように混練し、正極合剤を調製する。この正極合剤を、例えば厚さ２０μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布、乾燥し、ロールプレス機により圧延後、所定幅に切断する。これにより、正極集電体の両面に正極活物質層が積層された帯状の正極用電極板７が形成される。
【００１８】
一方、負極用電極板８の作製方法は次に示すとおりである。負極活物質としてのグラファイト粉末を、結着剤とともに混練してペースト状とし、負極合剤を調整する。この負極合剤を例えば厚さ１２μｍの銅箔からなる負極集電体の両面に塗布、乾燥し、ロールプレス機により圧延後、所定幅に切断する。これにより、負極集電体の両面に負極活物質層が積層された帯状の負極用電極板８が形成される。
【００１９】
これらの両電極板７、８を、セパレータ９を介して重ね合わせ、ポリエチレン製の長方形状の巻芯を中心として巻回することで全体として扁平形状の発電要素６を作製する。そして、この発電要素６を電池ケース２内に収納し、正極リードを電池缶３に、負極リードを負極端子５にそれぞれ溶着する。次いで、電池缶３内に電解液を注入する。最後に、電池缶３の開口部に蓋部４を覆い付け、溶着することにより封口する。このようにして、電池１の組み立てが終了する。
【００２０】
組み立て終了後、この電池１の初期充電を行う。このとき、圧迫用治具１０を用いて、電池ケース２を厚さＴ方向に圧迫しながら充電を行う。
【００２１】
図２には、圧迫用治具１０を用いて電池ケース２を圧迫している様子を示した。圧迫用治具１０には、電池１を載置するための基台１１と、この基台１１との間で電池１を挟み付けるための押さえ板１３が備えられている。基台１１は、電池１よりも一回り大きな長方形状に形成されており、その両端部にはボルト１５を挿通するための一対の挿通孔１２が、電池１をその間に収容可能な程度の間隔を空けて設けられている。また、押さえ板１３は、基台１１とほぼ同じ大きさの長方形状に形成されており、基台１１の挿通孔１２と整合する位置に一対の貫通孔１４が形成されている。
【００２２】
電池１を圧迫する際には、基台１１における一対の挿通孔１２に、基台１１の下側からボルト１５を挿通する。次に、２本のボルト１５の間に、複数個の電池１を厚さ方向に重ねた状態で載置する。そして、ボルト１５を貫通孔１４に挿入しつつ、押さえ板１３を電池１の上から重ねる。この状態で、押さえ板１３の上側からボルト１５にナット１６をねじ付ける。これにより、基台１１と押さえ板１３とで電池１を圧迫しつつ固定する。
【００２３】
この状態で、各電池１を充電器に接続し、電池１の初期充電を行う。このとき、充電電流が０．１５ＣＡ以下となるように調整する。このように充電電流を小さくすれば、分極が抑制されて充電容量が大きくなる。このため、一次的に電流密度の偏りが生じたとしても、充電が進行するに連れて徐々に偏りがならされていき、結果として電極板７、８全体を均等に充電させることができる。
【００２４】
また、初期充電時には電池１の内部でガスが発生することがあるが、電池ケース２を圧迫用治具１０により圧迫しているから、電極板７、８間に部分的に開きが生じることが防止される。これにより、電流密度を均一に保ち、電極板７、８全体で均等に充電反応を進行させることができる。特に、膨張の生じやすい厚さＴ方向に圧迫を行っているので、電流密度の不均一化を効果的に回避することができる。
【００２５】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態について、図３および図４を参照しつつ説明する。
【００２６】
第１実施形態と本実施形態との相違点は、電池２０が円筒状のリチウムイオン二次電池である点にある。
本実施形態の電池２０は、正極用電極板２１と負極用電極板２２とをセパレータ２３を介して積層し、同心円状に巻回することにより円筒状に作製された発電要素２４が、円筒容器状の電池ケース２５内に収められたものである。
【００２７】
この電池１について初期充電を行う場合には、電池ケース２５の周側面２６を圧迫可能な圧迫容器３０に電池１を収容した状態で行う。この圧迫容器３０は、例えばステンレス等の剛性の高い材料により、電池ケース２５の外径とほぼ等しい内径を持つ円筒状に形成されており、その内部に電池２０が緊密に収容される。この状態では、発電要素２４が周縁方向へ向かって膨張しようとしても、圧迫容器３０の内壁３１により、電池ケース２５における周側面２６の全体が中心に向かって圧迫されるから、電極板２１、２２間に部分的に開きが生じることが防止される。これにより、電流密度を均一に保ち、電極板２１、２２全体で均等に充電反応を進行させることができる。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
【００２９】
＜実施例１＞
１．リチウムイオン二次電池の作製
１）正極の作製
コバルト酸リチウムを正極活物質とし、この正極活物質に対して結着剤としてのポリフッ化ビニリデンと、導電剤としてのアセチレンブラックとを重量比９１：５：４の割合で混合し、Ｎ−メチルピロリドンを加えて正極合剤ペーストを調製した。このペーストを、厚さ１２μｍのアルミニウム箔からなる集電体の両面に均一に塗布し、乾燥後、プレスを行い、正極活物質層を備えた帯状の正極シートを作製した。
この正極シートの一端部に、厚さ１００μｍのアルミニウム片からなる正極リードを溶接した。
【００３０】
２）負極の作製
グラファイトを負極活物質とし、このグラファイトに対して結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを重量比９２：８の割合で混合し、Ｎ−メチルピロリドンを加えて負極合剤ペーストを調製した。このペーストを、厚さ１４μｍの銅箔からなる集電体の両面に均一に塗布し、上記正極シートと同様の方法により、帯状の負極シートを作製した。
この負極シートの一端部に、厚さ１００μｍのニッケル片からなる負極リードを溶接した。
【００３１】
３）電解液の調製
エチレンカーボネート、およびジエチルカーボネートを、体積比１：１の割合で混合して、非水溶媒を調整した。この非水溶媒に、電解質としてリチウム塩であるＬｉＰＦ６を１．０ｍｏｌ／ｌの濃度となるように加え、非水電解液を調製した。
【００３２】
４）電池の作製
正極シート、セパレータ、負極シート、セパレータを、正極リードおよび負極リードが溶接された側の端部がともに同じ側となるようにしつつ、この順に積層し、積層体とした。この積層体を、ポリエチレン製の長方形状の巻芯を中心として長円渦状に巻回し、発電要素を作製した。なお、セパレータとしては、ポリエチレン微多孔膜を使用した。
この発電要素を、アルミニウム製の角型の電池缶に収納した。この電池缶内に上記３）で調製した電解液を充填し、蓋部により密閉して、周知の方法で公称容量６００ｍＡｈの角型電池を組み立てた。
【００３３】
５）初期充電
上記４）で作製した電池を、上記第１実施形態と同様の圧迫用治具に組み付けた状態で、初期充電を行った。充電電流は０．１５ＣＡとした。
【００３４】
２．サイクル試験
上記の方法で作成した電池について、室温雰囲気下、１ＣＡの定電流で４．２Ｖまで充電後、４．２Ｖの定電圧で、充電開始後３時間まで充電を行った。その後、この電池を１ＣＡの定電流で２．７Ｖまで放電を行い、初期放電容量を測定した。これを１サイクルとして、１０００サイクル繰り返し、放電容量を測定した。
【００３５】
＜実施例２＞
初期充電電流を０．１ＣＡとした他は、実施例１と同様にして電池を作製し、サイクル試験を行った。
【００３６】
＜実施例３＞
初期充電電流を０．０１ＣＡとした他は、実施例１と同様にして電池を作製し、サイクル試験を行った。
【００３７】
＜比較例１＞
初期充電電流を０．２ＣＡとした他は、実施例１と同様にして電池を作製し、サイクル試験を行った。
【００３８】
＜比較例２＞
初期充電電流を１ＣＡとした他は、実施例１と同様にして電池を作製し、サイクル試験を行った。
【００３９】
＜比較例３＞
初期充電工程において圧迫を行わなかった他は、実施例１と同様にして電池を作製し、サイクル試験を行った。
【００４０】
＜結果と考察＞
各実施例および比較例における初期放電容量、１０００サイクル目の放電容量、および容量維持率を表１に示した。なお、容量維持率は、初期放電容量に対する１０００サイクル目の放電容量の割合で示した。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
表１より、初期充電工程において、電池ケースを圧迫しつつ充電を行い、かつ、充電電流を０．１５ＣＡ以下とした実施例１〜実施例３においては、１０００サイクル後の容量維持率が５４．７％〜６４．２％であり、優れたサイクル特性を得られることが分かった。一方、初期充電工程において、充電電流を０．２ＣＡ以上とした比較例１、比較例２においては、１０００サイクル後の容量維持率が３８．２％、２０．４％であり、サイクル特性に劣っていた。また、初期充電工程において、電池ケースを圧迫しなかった比較例３においても、１０００サイクル後の容量維持率が３４．６％であり、サイクル特性に劣っていた。
【００４３】
以上の結果から明らかなように、初期充電工程において、電池ケースを圧迫しつつ充電を行い、かつ、充電電流を０．１５ＣＡ以下とすることにより、極板全体で均等に充電を行うことができ、サイクル特性の良好な電池を提供できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の電池の斜視図
【図２】第１実施形態の電池を圧迫用治具により圧迫する様子を示す側断面図
【図３】第２実施形態の電池を圧迫容器により圧迫する様子を示す斜視図
【図４】第２実施形態の電池を圧迫容器により圧迫する様子を示す断面図
【図５】従来の電池の側断面図
【符号の説明】
１、２０…電池
２、２５…電池ケース
６、２４…発電要素
７、２１…正極用電極板（正極）
８、２２…負極用電極板（負極）
９、２３…セパレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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