JP2004139961A - Battery manufacturing method and battery - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外装部材の内部に発電要素を密封した電池の製造方法および電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話やパーソナルコンピュータなど電子機器の進歩に伴い、これら機器に使用される電池は、小型化、軽量化、大容量化、高性能化、コストダウンが絶えず求められてきた。このため、電池においては正極活物質や負極活物質など電極材料をよりエネルギー密度の高いものに変えたり、セパレータをより薄くしたり、電池の外装缶の厚さを薄くしたり、外装部材である金属缶の材質を鉄からアルミニウムに代えたり、さらに外装部材を金属缶に代えて樹脂フィルム間にアルミニウム箔を介在した積層フィルムからなる袋状の外装フィルムを使用したりするなど改善が図られてきた。
【0003】
しかしながら、これらの改善により逆に初充電時のガス発生量が増えたり、電池内部の自由空間が減少したため、内圧が上昇したり、電極が撚れたり、また外装部材がアルミニウム、積層フィルムのような低弾性材に代わったため変形し易くなったことなどに起因して初充電時に電池が膨らみ所望の厚さを維持できないという問題が生じた。
【0004】
このような問題を解決するために、例えば特許文献1には金属缶の幅広面を左右の両側から内側に向けて押圧しながら初充放電を行う角型密閉電池の製造方法が開示されている。
【0005】
また、特許文献2には初充電後までの外部からプレス処理する角型非水電解液二次電池の製造方法が開示されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平8−293320号公報
【0007】
【特許文献2】
特開平11−339853号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献1、2のいずれの角型非電池の製造方法では装置が複雑になり、量産性に劣ること、プレスで押圧するため、極板を傷め易く、特性低下を招き易いこと、等の問題があった。
【0009】
本発明は、所望の厚さを維持すると同時に、優れた電池特性を有する安価かつ簡易で、量産性に優れた電池の製造方法および電池を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電池の製造方法は、外装部材に正極、負極、セパレータおよび非水電解液を有する発電要素を収納した未充電の電池を予備充電する工程と、
前記予備充電した密封状態の電池を高圧力の気体により加圧する工程と、
加圧後の電池を本充電する工程と
を含むことを特徴とするものである。
【0011】
本発明に係る電池は、外装部材に正極、負極、セパレータおよび非水電解液を有する発電要素を収納した未充電の電池を、予備充電後に高圧力の気体により加圧し、さらに本充電したことを特徴とするものである。
【0012】
本発明に係る電池の製造方法において、前記外装部材は注液孔を有する蓋体が取り付けられた金属製の外装缶であり、かつ前記予備充電は前記非水電解液を前記注液孔を通して前記外装缶内に注液した後で前記注液孔が開放され、その注液孔が上に向いた状態にて3.6〜3.9Vの電圧条件でなされることが好ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を外装部材としては金属シートと樹脂フィルムを重ね合せた積層フィルムからなる袋状の外装フィルムを用いた薄形電池(例えば薄形非水電解液二次電池)の製造方法を図面を参照して説明する。
【0014】
(第1工程)
まず、活物質および結着剤を含む正極活物質層が例えば集電体両面に担持された正極、セパレータ、活物質および結着剤を含む負極活物質層が例えば集電体両面に担持された負極およびセパレータを渦巻状に捲回してほぼ円筒状物を作製する。なお、この捲回時に正負極に外部リードを例えば溶接によりそれぞれ接続する。
【0015】
次いで、得られた円筒状の電極物を加熱加圧成形することにより図1、図2に示す活物質および結着剤を含む正極活物質層1が集電体2の両面に担持された正極3とセパレータ4と活物質および結着剤を含む負極活物質層5が集電体6の両面に担持された負極7とを有する扁平状電極体(電極群)8を作製する。前記正負極3、7に接続された外部リード9、10は、それぞれ前記電極体8の同一側面から外部に延出されている。
【0016】
前記加熱加圧成形は、60〜100℃、より好ましくは80〜95℃の温度、1〜3MPa、より好ましくは1.2〜2.2MPaの圧力で行うことが望ましい。
【0017】
(第2工程)
前記電極体の長辺より僅かに長く、かつその短辺の例えば2倍の長さの寸法を有する二つ折りのカップ型外装材用フィルム素材を用意し、図3、図4に示すようにこの外装フィルム用素材11の絞り成型により形成されたカップ12内に前記扁平状の電極体8をその外部リード9、10と反対側の側面が前記素材の折り曲げ部に位置するように収納する。前記外装フィルム用素材11は、前記電極体8が位置する内面側からシーラントフィルム13、アルミニウムまたはアルミニウム合金のシート14および剛性を有する樹脂フィルム15をこの順序で積層した積層フィルムにより構成されている。前記電極体8の収納時において、接着性絶縁フィルム16を前記正極の外部リード9の上下面と前記外装フィルム用素材11の熱融着性樹脂フィルム(シーラントフィルム)13との間および前記負極の外部リード10の上下面と前記外装フィルム用素材11のシーラントフィルム13との間にそれぞれ介在させる。ここで、後工程で熱融着される前記外装フィルム用素材11、接着性絶縁フィルム16、正極の外部リード9および負極の外部リード10の少なくとも熱融着される部分(図示せず)については、事前にプラズマ照射処理を施しておく。しかる後、前記電極体8の長辺に対応する前記外装フィルム用素材11の左端部においてシーラントフィルム同士を熱融着させることによりシール(封止)し、シール部17cを形成する。また、前記外部リード9、10の延出側に対応する前記素材11の端部においてシーラントフィルム13同士、シーラントフィルム13/接着性絶縁フィルム16/接着性絶縁フィルム16/シーラントフィルム13間、また接着性絶縁フィルム16と外部リード9、10間とを熱融着させてシール部17bを形成する。
【0018】
前記プラズマ表面処理において、正イオンと電子に分かれて電離した極めてエネルギーの高い(活性度の高い)プラズマを表面が汚れた物質に照射すると、物質表面に付着している汚れとプラズマ粒子が結合して、汚れが除去され、表面が清浄になる。また、物質表面の化学結合が変化し、液体となじみ易いOH基など親水基が生じて接着し易くなる。また、プラズマ粒子が表面の活性度の低い分子層を分解し、活性度の高い酸化層が表面に現れ濡れ性が改善される。さらに、プラズマ粒子により表面に原子レベルの凹凸ができる。このため、樹脂や金属の表面にプラズマ照射処理を施すと、被処理物表面の濡れ性が改善され、水との接触角が低くなる。その結果、プラズマ表面処理を施した金属と樹脂、樹脂と樹脂間の接着力が向上される。
【0019】
前記プラズマ表面処理において、市販のプラズマ照射器(例えばキーエンス社製商品名;ST−7000)により、空気中にて試料から5mm〜50mm離して、数秒間(例えば1〜3秒間)に亘って発生したプラズマを照射すれば前述した効果が得られる。
【0020】
(第3工程)
非水電解液を前記外装フィルム用素材11の未シール部(右端部)を通して注液し、前記電極体8の右端部付近の未シール部においてその表面が事前にプラズマ照射処理してある部位のシーラントフィルム13同士を熱融着する。その後、余分な外装フィルム用素材11を裁断除去することにより図5に示す袋状の外装フィルム18で扁平状電極体8が密封された未充電状態の薄形非水電解液二次電池19を作製する。
【0021】
前記工程おいて、袋状の外装フィルム用素材の内部を予め減圧脱気した状態で密封することが好ましい。具体的には、1)電極体を袋状の外装フィルム用素材に収納し、この外装フィルム用素材を減圧脱気した後、非水電解液を注入し、そのまま密封する方法、2)電極体および非水電解液を大気雰囲気下で袋状の外装フィルム用素材に収納した後、減圧脱気し、密封する方法、を採用することができる。
【0022】
(第4工程)
前記二次電池を図示しない圧力容器に収納し、加圧処理することにより前記二次電池内において非水電解液を偏平状電極体に含浸することにより未初充電の薄形非水電解液二次電池を製造する。
【0023】
前記加圧処理は、圧力容器内に加圧媒体を供給する方法を採用することができる。この加圧媒体として、例えば炭酸ガス、窒素、乾燥空気、アルゴンのいずれか1種の気体を用いることができる。また、前記加圧媒体としては、水を用いることができる。ただし、袋状の外層フィルム内部への水分の侵入を防止する観点から、加圧媒体として気体、特に水分を含まない気体を用いることが好ましい。前記気体として炭酸ガスを用いた場合には、加圧により袋状の外装フィルム内部に炭酸ガスが侵入して、より安定な固体電解質界面(SEI)を形成し、非水電解液のサイクル特性が向上するなどの効果が期待できるため有効である。
【0024】
前記圧力容器を用いる加圧処理にあたり、加圧力を高めると差圧に比例して前記電極体への非水電解液の含浸速度を速くすることができるため好ましい。ただし、加圧力の増大に伴って圧力容器の厚さを厚くしたり、構造的な補強を強化したりする必要が生じる。このため、加圧力はゲージ圧で0.3〜1.0MPaにすることが好ましい。
【0025】
前記電極体への非水電解液の含浸が不完全であると、後述する初充電工程(予備充電と本充電)において含浸された電極体部分でのみ充電がなされる。このため、電極間を含む空間の全てが非水電解液で完全に含浸した、いわゆる満含浸状態に比べると、充電部分は実質的にレートが高い状態でなされることになり、放電容量が小さくなり、サイクル特性を始めとする電池の諸特性が低下する。また、含浸状態がばらつくことによって、放電容量や他の諸特性のばらつきが大きくなる。したがって、電池の初充電時には満含浸状態にする必要がある。
【0026】
ここで、電池の正負極間の静電容量および/またはインピーダンスを測定することにより、電解液の含浸状態を非破壊的に判定できる。これは、非水電解液の比誘電率は空隙の比誘電率にくらべ桁違いに大きいため、非水電解液が電極群の空隙に含浸して非水電解液で置換されることにより、前記電極群の電極間の静電容量が桁違いに増加することに基づく。同様に非水電解液のインピーダンスは空隙のインピーダンスにくらべ桁違いに低いため、非水電解液が電極群の空隙に含浸して非水電解液で置換されることにより、前記電極群の電極間のインピーダンスが桁違いに低下することに基づく。
【0027】
電池の満含浸状態の判定は、具体的には電池の静電容量および/またはインピーダンスを検出し、実験によって予め設定した静電容量および/またはインピーダンスの値に達したか否かにより行うことができる。生産ラインにおいては電池の正負極間の静電容量および/またはインピーダンスを測定し、この値が満含浸に相当する値に到達したことをもって、満含浸と判定する。
【0028】
(第5工程)
前記二次電池を図示しない圧力容器内から取り出した後、予備充電を行なう。つづいて、予備充電された密封状態の前記二次電池を図示しない圧力容器に収納し、高圧力の気体にて加圧する。このとき、前記予備充電時に発生したガスの大部分が電解液に溶解される。次いで、前記二次電池を本充電することにより初充電処理がなされた薄形非水電解液二次電池を製造する。
【0029】
ここで、前記『予備充電』とは正負極の活物質が実質的に膨張せず、正負極間での充電反応に伴うガス発生が実質的に完了する電圧で充電することを意味する。具体的には、前記予備充電は非水電解液二次電池の場合、3.7Vにて、例えば0.5Cのレートで2時間なされる。この予備充電がなされる二次電池は、開放状態であっても、密封状態であってもよい。ただし、前記二次電池は高圧力の気体による加圧時には密封状態にする。
【0030】
前記『本充電』とは、前記予備充電より高電圧で、正負極間での充電反応が十分になされることにより正負極の活物質が電極群の膨張を生じさせる電圧で充電することを意味する。具体的には、前記本充電は非水電解液二次電池の場合、4.2Vにて、例えば0.2Cのレートで6時間なされる。
【0031】
前記気体としては、例えば空気、窒素ガス、炭酸ガスまたは不活性ガスを用いることができ、これら気体は乾燥されていることが好ましい。なお、乾燥した気体を用いることによって、水分が外装部材内に浸透して電解液中の電解質、例えば六弗化燐酸リチウムと反応してフッ酸を生じることに伴う電池性能の低下を防止することが可能になる。気体として炭酸ガス、窒素ガス、不活性ガスを用いることによって、酸素が外装部材内部に浸透し、電解液、正極、負極、セパレータ、集電体などを酸化するのを防いで、電池性能の低下を防止することが可能になる。
【0032】
前記気体による加圧力は、ゲージ圧で0.1〜15MPaにすることが好ましい。前記気体による加圧力がゲージ圧で0.1MPa未満にすると前記予備充電時に発生したガスによる膨張を十分に抑止すると共に、発生したガスを電解液に速やかに溶解させることが困難になる虞がある。一方、前記気体による加圧力がゲージ圧で15MPaを超えると、圧力容器の耐圧を高めるためにその容器壁部の肉厚を厚くする必要が生じたり、操作性が劣るようになったりする。
【0033】
次に、前記正極3、セパレータ4、負極7、非水電解液、外部リード9、10および外装フィルム用素材11、接着性絶縁フィルム16について説明する。
【0034】
1)正極3
この正極3は、例えば集電体2の両面に活物質および結着剤を含む正極活物質層1を担持した構造を有する。なお、正極は集電体の片面に正極活物質層を担持させた構造であってもよい。
【0035】
前記集電体としては、例えばアルミニウムを挙げることができる。
【0036】
前記活物質としては、エネルギー密度の高いリチウム複合酸化物が好ましい。具体的には、LiCoO2、LiNiO2、LixNiyCo1−yO2(ただし、x、yは、電池の充電状態で異なり、通常は0<x<1、0.7<y<1.0である。)、LixCoySnzO2(ただし、x、y、zは各々0.05≦x≦1.10、0.85≦y≦1.00、0.001≦z≦0.10の数を表す。)が挙げられる。リチウム複合酸化物は、リチウムの炭酸塩、硝酸塩、酸化物あるいは水酸化物と、コバルト、マンガンあるいはニッケル等の炭酸塩、硝酸塩、酸化物あるいは水酸化物とを所定の組成で混合粉砕し、酸素雰囲気下で600〜1000℃の温度で焼成することにより得ることができる。中でも、LixCoySnzO2(ただし、x、y、zは各々0.05≦x≦1.10、0.85≦y≦1.00、0.001≦z≦0.10の数を表す。)は、少量のSnの添加によりリチウム含有化合物の粒径が小さくて均一になるので、サイクル特性の優れた電池が得られる。0.001≦z≦0.10としたのは、zを0.001未満にすると、粒径を十分に制御することが困難になる。一方、zが0.1を超えると、容量が小さくなるためである。
【0037】
前記結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)等を用いることができる。
【0038】
前記正極活物質層には、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等の導電剤を含有することを許容する。
【0039】
2)セパレータ4
このセパレータ4は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−ブテン共重合体からなる微多孔性膜またはこれら材料の繊維を有する織布、不織布より作られる。
【0040】
3)負極7
この負極7は、集電体6の両面に活物質および結着剤を含む負極活物質層5を担持した構造を有する。なお、負極は集電体の片面に負極活物質層を担持させた構造であってもよい。
【0041】
前記集電体としては、例えば銅、ニッケルの板またはメッシュ等を挙げることができる。
【0042】
前記活物質は、リチウムをドープ・脱ドープできるものであればよく、例えばグラファイト類、コークス類(石油コークス、ピッチコークス、ニードルコークス等)、熱分解炭素類、有機高分子化合物の焼成体(フェノール樹脂等を適切な温度で焼成し、炭化したもの)あるいは金属リチウム、ポリアセチレン、ポリピロール等があげられる。
【0043】
前記結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオロライド、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、スチレン−ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース等の結着剤を含有することが好ましい。
【0044】
4)非水電解液
この非水電解液は、電解質を非水溶媒で溶解した組成を有する。
【0045】
電解質としては、例えば過塩素酸リチウム(LiClO4)、四フッ化硼酸リチウム(LiBF4)、六フッ化燐酸リチウム(LiPF6)、六フッ化砒素酸リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、リチウム(ビス)トリフルオロメタンスルホンイミド[LiN(CF3SO2)2]、リチウムビス[5−フルオロ−2オラト−1−ベンゼン−スルホナト(2−)]ボレート等を用いることができる。
【0046】
非水溶媒としては、例えばγ−ブチロラクトン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、1、2−ジメトキシエタン、1、2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、1、3−ジオキソラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピルニトリル、アニソール、酢酸エステル、プロピオン酸エステル等を用いることができ、2種類以上混合して使用してもよい。前記非水溶媒に界面活性剤、例えばトリオクチルフォスフェート(TOP)、ジ−n−ブチルカーボネート(DNBC)などを添加することが好ましい。このような界面活性剤の添加により非水電解液のセパレータに対する濡れ性を改善することが可能になる。
【0047】
前記非水溶媒中の前記電解質の濃度は、0.5モル/L以上にすることが好ましい。
【0048】
特に、前記非水電解液としてはエチレンカーボネート(EC)およびγ−ブチロラクトン(γ−BL)の非水溶媒に四フッ化硼酸リチウム(LiBF4)の電解質を溶解した溶液を用いると、減圧時に真空度を高めても蒸発し難く、泡立ちも少ないため、電池を容易に製造することが可能になる。この場合、ECはγ−BLに比べ粘度が高く、低温で容量が小さくなる。このため、ECが多いほど低温特性が悪化する虞がある。逆に、γ−BLが多いほど低温特性が良好になる。また、γ−BLは高温で負極炭素と反応し易く、高温での容量低下が大きくなる。このため、EC/γ−BLの配合比は2/1〜1/5(体積比)にすることが好ましい。前記LiBF4の添加量は、溶媒総量に対して0.75〜2mol/Lにすることが好ましい。0.75mol/L未満にすると、所望の大きな容量を有する電池を得ることが困難になる。一方、2mol/Lを超えると、電池のサイクル劣化が起き易く、しかも非水電解液が高価になる虞がある。
【0049】
前記電解液の他に、電解液を含浸させた高分子ゲル電解質、または溶媒を含まない全固体型高分子固体電解質でもよい。
【0050】
前記高分子ゲル電解質として用いる高分子としては特に限定するものではないが、ポリアクリルニトリル系樹脂、ポリエチレンオキサイド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアクリレート系樹脂、フッ素系樹脂等が挙げられる。
【0051】
5)外部リード9、10
正極に接続される外部リードの材料は、例えばアルミニウムが、負極に接続される外部リードの材料は例えばニッケル、銅などが用いられる。ここでアルミニウムと銅は、電解液により腐食し易く、ニッケルは腐食し難いので、外部リード材料としてはニッケルを用いることが好ましいが、正極側外部リード材として銅やニッケルを使うと、電解液に溶出してしまう。また、チタンとかステンレスの高純度フェライト系鋼(29Cr−4Mo−2Ni)は電解液に溶出しないが、これら金属は電池のインピーダンスが高くなるため、適当でない。したがって、アルミニウムやアルミニウム合金を使用せざるを得ない。また、負極リード端子材としては前記理由でニッケルを用いることが好ましい。ニッケルは、電解液による腐食が起き難いので、薬液による表面処理を施さない負極側外部リードを用いることが可能である。もちろん、負極側外部リードも薬液による表面処理をしてより信頼性の高い電池を製造することが可能である。ニッケルはインピーダンスが高いので、外部短絡した際の抵抗損で、異常発熱し、端子が溶断し易い。この場合、表面にニッケルメッキを施した銅帯を用いるとよい。
【0052】
アルミニウムおよびアルミニウム合金の表面処理法としては、例えば(1)100g/Lの燐酸水溶液中15Vでの陽極酸化、(2)100g/Lの硫酸水溶液中15Vでの陽極酸化、(3)75g/Lのクロム酸水溶液中20Vでの陽極酸化、(4)140g/Lの苛性ソーダ水浸漬による表面処理、(5)クロム酸ナトリウム/硫酸/水が質量比で3/30/100の水溶液を60〜70℃の温度にして浸漬することによる表面処理などが挙げられる。これら薬液による表面処理により、アルミニウムおよびアルミニウム合金表面には、高さが数nmから数千nm程度の突起を多数有する、開孔状の多孔質のアルミナからなる酸化膜が形成される。
【0053】
6)外装フィルム用素材11
この外装フィルム用素材11は、シーラントフィルム13、アルミニウムまたはアルミニウム合金のシート14および剛性を有する樹脂フィルム15をこの順序で積層した積層フィルムにより構成されている。
【0054】
前記シーラントフィルムは、シーラントフィルム同士、シーラントフィルムと外部リード間や、シーラントフィルムと接着性絶縁フィルムとを熱圧着することにより前記素材内部の発電要素を封止するものである。
【0055】
前記シーラントフィルムとしては、非水電解液に溶解したり、膨潤したりしない無延伸のフィルムが好ましい。例えば、延伸してないポリプロピレン(PP)、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)等のポリオレフィン系ポリマー、エチレン・酢酸ビニル(EVA)共重合体、アイオノマー(IO)、ポリアミド(PA)、ナイロン(Ny)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリビニルアルコール(PVA)、エチレン・ビニルアルコール(EVOH)、ポリカーボネート(PC)、ポリスチレン(PS)、ポリアクリロニトリル(PAN)、エチレン・アクリル酸共重合体(EAA)、エチレン・メタクリル酸共重合体(EMAA)、エチレン・メチルアクリレート共重合体(EMA)、エチレン・メチルメタクリレート共重合体(EMMA)、エチレン・エチルアクリレート共重合体(EEA)、ポリメチルペンテン(PMP)等を用いることができる。特に、これら樹脂をベースポリマーとし、例えば無水マレイン酸等の酸無水物をグラフト重合させた樹脂フィルムは、接着性絶縁フィルムを用いない場合に好適であるばかりか、金属との接着性を増すため有益である。
【0056】
前記アルミニウムまたはアルミニウム合金のシートは、非水電解液やガスの透過を防ぐバリアとして作用する。
【0057】
前記剛性を有する樹脂フィルム(表材)は、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金のシートを保護し、電池の機械的構造特性を維持する機能を持つ。
【0058】
前記剛性を有する樹脂としては、例えば二軸延伸したポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド(PA)などのフィルムが使用できる。
【0059】
7)接着性絶縁フィルム16
この接着性絶縁フィルムとしては、シーラントフィルムと同等の特性、成形性を備えつつ、正負極側外部リードである金属との接着性が優れたものを用いることが好ましい。具体的には、前述したシーラントフィルムに使用した樹脂からなるベースポリマーに無水マレイン酸等の酸無水物をグラフト重合させたものを用いることができる。なお、接着性絶縁フィルムは電池の構造上、必須なものではなく、必要に応じて使用しなくてもよい。
【0060】
前記接着性絶縁フィルムは、前記シーラントフィルムと同一系統でも、異なっていてもよい。前記接着性絶縁フィルムと前記シーラントフィルムとを同一組成のものから作れば、正負極側外部リード部まわりが均質で信頼性の高い封止構造が得られる。
【0061】
なお、本発明は前述した図5に示す薄形の電池の製造に限らず、以下に説明する図6に示す構造の角形の電池(例えば角形非水電解液二次電池)も製造することができる。
【0062】
すなわち、図6において金属からなる有底矩形筒状をなし、例えばアルミニウムから作られる外装缶21は、例えば正極端子を兼ね、底部内面に絶縁フィルム22が配置されている。電極体(電極群)23は、前記外装缶1内に収納されている。この電極群23は、例えば銅板のような集電体の両面に活物質層を形成した構造の負極24とセパレータ25と例えばアルミニウム板のような集電体の両面に活物質層を形成した構造の正極26とを前記正極26が最外周に位置するように渦巻状に捲回した後、扁平状にプレス成形することにより作製したものである。
【0063】
中心付近にリード取出穴(図示せず)を有する例えば合成樹脂からなるスペーサ27は、前記外装缶21内の前記電極群23上に配置されている。アルミニウムのような金属からなる蓋体28は、前記外装缶21の上端開口部に例えばレーザ溶接により気密に接合されている。前記蓋体28の中心付近には、負極端子の取出し穴が開口されて、かつこの取出し穴からはなれた箇所に注液孔29が開口されている。例えばアルミニウム製の矩形板からなる封止部材30は、非水電解液を前記蓋体28の前記注液孔29を通して注液した後において前記注液孔29周囲の前記蓋体28に対して例えば超音波溶接により接合され、前記注液孔29を気密封止している。
【0064】
負極端子31は、前記蓋体28の穴にガラス製または樹脂製の絶縁材(図示せず)を介してハーメティックシールされている。前記負極端子31下端面には、前記電極群23の負極24に取り付けられた外部リード32が接続されている。
【0065】
このような外装部材が注液孔29を有する蓋体28を取り付けられた外装缶(例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金の外装缶)21である場合、電極群23を収納し、さらに非水電解液を蓋体28の前記注液孔29を通して注液、収容し、封止部材で密封した後に予備充電し、高圧力の気体により加圧し、さらに本充電する方法の他、前記予備充電を次のような条件で行うことが好ましい。
【0066】
すなわち、外装缶21内に電極群23を収納し、さらに非水電解液を蓋体28の前記注液孔29を通して注液、収容した後で前記注液孔29が開放され、その注液孔29が上に向いた状態にて3.6〜3.9Vの電圧条件で予備充電を行なう。なお、この予備充電後には封止部材30で前記注液孔29を気密封止し、密封状態の電池を高圧力の気体により加圧し、さらに加圧後の電池を本充電する。
【0067】
予備充電の電位は3.6V〜3.9Vが好ましく、例えば0.5Cのレートで2時間でなされる。予備充電電位を3.6V未満にすると、本充電において水素ガスの発生が起こって外装缶の膨れが生じる虞がある。予備充電電位が3.9Vを超えると、予備充電における水素ガス発生速度が速くなり、予備充電において外装缶の膨れが生じる虞がある。なお、予備充電電位を高くしてレートを低くすることにより外装缶の膨れを抑えることも考えられるが、充電時間が長くなり、それに伴って予備充電時での電池の開放時間(注液口の開放時間)が長くなる。その結果、外装缶内の非水電解液が揮発して、電解液組成が変わってしまい電池特性に悪影響を及ぼす。
【0068】
気体による加圧力は、前述したのと同様な理由から0.1MPa〜15MPa、より好ましくは0.5MPa〜15MPaが望ましく、例えば0.5MPa(ゲージ圧)で24時間でなされる。
【0069】
前記気体は、前述したのと同様な理由、つまり非水電解液との関係から乾燥空気を用いたり、電極群および非水電解液の酸化を防止する関係から窒素ガス、不活性ガスを用いたりすることが好ましい。
【0070】
以上説明したように、本発明によれば未初充電の電池(二次電池)を予備充電し、さらに予備充電した密封状態の電池をガス加圧した後本充電を行なうことによって、初充電時のガス発生および正負極の活物質の膨張による膨れを抑制でき、正極および負極の離間を防ぐことができるため、充放電能力の低下を招くことなく、初充電終了後に所要の寸法内に収める、例えば薄形電池ではその厚さを薄くする、ことができる。
【0071】
すなわち、予備充電時には電解液と正負極との間で起きる充電反応により水素、メタン、エチレン、一酸化炭素等の分解ガスが発生し、外装部材(例えば包材)の内圧が高くなり、その包材を構成する積層フィルムを押し広げ、特に電池の中央部の厚さが増す。場合によっては、電極群を押さえ付けていた包材が電極群から離間し、そのために正負極間が離間する。また、電極群の極板間に前記分解ガスが滞留する。このような状態で本充電すると、本充電に伴う正負極の活物質の膨張により電極が撚れたり、電池の仕上がり厚さがより厚くなったりする。非水電解液二次電池の場合、局所的な過負荷状態での充電が行なわれるため、リチウムイオンが電析して薄い金属リチウム層が形成される。その結果、電池が厚くなったり、充放電能力が低下したりする。
【0072】
このようなことから、本発明は予備充電の後、本充電の前に密封状態の電池を高圧力の気体で加圧することによって、予備充電で発生し、極板間に滞留された前記分解ガスを外装部材(例えば包材)内の電解液に溶解させる(ヘンリーの法則)と共に、包材を介して電極群の押圧により膨れのない予備充電前の形状に戻すことができるため、前記外装部材の内面が電極群から離間したり、正負極板間が離間したりするのを防止できる。つまり、前記外装部材の内面を電極群外面に密着でき、かつ極板同士を密着できる。また、正負極板間を縮小できるため、前記金属リチウムの電析発生を防止できる。その結果、本充電において正負極の活物質の膨張が起こっても、電極が撚れたり、電池の仕上がり厚さがより厚くなったり、非水電解液二次電池の場合、極板間に金属リチウムが電析したりするのを防止できるため、充放電能力の低下を招くことなく、設定された薄い寸法を有する電池を製造することができる。
【0073】
特に、前記気体による加圧力をゲージ圧で0.1〜15MPaにすることによって、予備充電で発生したガスを外装部材(例えば包材)内の電解液に溶解させる効果と、膨れのない予備充電前の形状に戻す効果とをより確実に発揮できる。
【0074】
また、充放電サイクルを繰り返した際の電池の厚さ増加および放電容量低下が抑制された電池を製造することができる。これは、前述した予備充電、本充電による初充電により正負極等の電解液に対する活性点が消失し、それ以降の充放電時においてガスは殆ど発生しないためである。
【0075】
さらに、本発明によれば従来のように二次電池の膨れ抑止のために、充電時に発生するガスを外部に排気した後、外装部材を封止する充電方法(以下開放充電と称す)や、金型または冶具で未充電状態の電池を固定した状態で充電する方法(以下プレス充電と称す)などの工程が不要となる。
【0076】
前記開放充電では、電解液がガスと共に溢れ出すためにその対策が必要である。前記プレス充電では、金型や冶具の装着・脱着などの煩雑な工程が必要となる。また、前記プレス充電では強制的に加圧するため、電池を損傷する危険性が高い。
【0077】
本発明のように外装部材を封止した後に予備充電、ガス加圧、本充電の処理を施すため、電解液が溢れて、汚損や腐食が発生するのを防止できる。その上、加圧は気体で加圧するため、電池を損傷する危険性を前記プレス充電に比べて低減することができる。
【0078】
さらに、特に前記外装部材が注液孔を有する蓋体を取り付けた金属製の外装缶である場合、前記予備充電を非水電解液を前記注液孔を通して前記外装缶内に注液した後で前記注液孔が開放され、その注液孔が上に向いた状態にて3.6〜3.9Vの電圧条件で行なうことによって、金属製の外装缶の膨れを効果的に抑えることができる。
【0079】
すなわち、初充電時には水素、メタン、エチレン、一酸化炭素等のガスが発生するために、密封した状態、つまり蓋体が取付けられ、その注液孔が封止された外装缶の状態で充電を行うと、その外装缶の内圧が上昇し、外装缶が膨れ、外装缶の厚さが増加し、電池の仕上がり厚さがより厚くなる。場合によっては、ガス発生、外装缶の膨れに伴い、電極群の正負極間が離間するため、さらに充電サイクルの繰り返しによって、正負極の活物質の膨張により電極が撚れたり、リチウムイオン二次電池では極板間に金属リチウムが析出したりし、電池の放電容量劣化を加速させる。
【0080】
このようなことから、ガス発生のピークが3.6〜3.9V付近であることに着目し、その電圧にて電池を開放して予備充電することによって、発生したガスを上に向いて開放された注液孔を通して逃散させることができるため、外装缶の膨れが抑えることができ、外装缶の厚さ、ひいては電池の仕上がり厚さを設計寸法に収めることが可能になる。
【0081】
【実施例】
以下、好ましい実施例を詳細に説明する。
【0082】
(実施例1)
<正極の作製>
正極活物質として平均粒径3μmのLiCo0.98Sn0.02O289重量部、導電フィラーとしてグラファイト(ロンザ社製KS6)6重量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(呉羽化学社製商品名;#1100)3重量部を溶剤であるN−メチルピロリドン25重量部に加え、均一せん断攪拌した後、ビーズミルを用いて分散して正極スラリーを調製した。このスラリーの見掛けの粘度は、7500mPa・sであった。つづいて、この正極スラリーを集電体である厚さ20μmの帯状アルミニウム箔両面に均一に塗付し、溶剤を乾燥させ、さらにロールプレス機で加圧成形した後、所定の大きさに切断することにより、帯状の正極を作製した。その後、前記正極の集電体の一端に厚さ0.1mm、幅5mm、長さ50mmのアルミニウム製外部リードを溶接により取り付けた。
【0083】
<負極の作製>
カルボキシメチルセルロース1.5重量部に鱗片状黒鉛50重量部を分散し、カーボンのマスターバッチ塗料を作製した。この分散液に繊維状炭素材を50重量部添加し同様にせん断分散し、更にスチレンブタジエンゴムラテックス2.4重量部を添加し均一混合攪拌し、負極スラリーを調製した。このスラリーの見掛けの粘度は、4500mPa・sであった。つづいて、この負極スラリーを集電体である厚さ10μmの帯状銅箔の両面に均一に塗付し、溶剤を乾燥させ、更にロールプレス機で加圧成形した後、所定の大きさに切断することにより帯状の負極を作製した。その後、前記負極の集電体の一端に厚さ0.1mm、幅5mm、長さ50mmのニッケル製外部リードを溶接により取り付けた。
【0084】
次いで、前記帯状の正極と帯状の負極を、厚さ25μm、気孔率50%、透気度300秒/100ccのポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを介して、正極/セパレータ/負極/セパレータの順序に積層し、断面が扁平状の巻芯で渦巻き状に捲回し、さらに油圧式プレスで加熱圧縮し、成形して扁平状電極体(電極群)を作製した。
【0085】
次いで、厚さが25μmの延伸ナイロンフィルムと厚さ40μmのアルミニウム箔と厚さ70μmのマレイン化ポリプロピレンフィルム(シーラントフィルム)とをこの順序でウレタン系接着剤を介して積層・接着した外装フィルム用素材を用意し、この素材の前記マレイン化ポリプロピレンフィルム側から成形パンチおよび成形ダイを用いて加熱押圧してカップ成形した。なお、前記マレイン化ポリプロピレンフィルムの融点は138℃である。つづいて、これを短冊状に切断して、マレイン化ポリプロピレンフィルム面が内側で対向するように、外装フィルム用素材のカップの短辺側を成形機により180°折り曲げた。ひきつづき、この外装材の内側で対向している両側のシーラントフィルム表面の内、後工程で加熱融着する部位となる非カップ成形部位(カップ成形された部分以外の部分)およびその対向部分にプラズマ照射処理を行った。次に、前記扁平状電極体を60℃に真空加熱乾燥し、水分を300ppm以下になるよう除去した後、正極側及び負極側外部リード表面の熱融着部分をプラズマ照射処理を施した。その上で、前記外装フィルム用素材のカップ内にその正負極の外部リードが外装フィルム用素材の外部に突き出すように収納し、平坦な素材部分を前記電極群に重なるように折り曲げた。この状態で、前記外装用フィルム素材の長辺を210℃に加熱したプレスヘッドにより数秒間加圧し、マレイン化ポリプロピレンフィルム同士を接着させて、シール部を形成した。また、前記外装用フィルム素材の外部リードが延出された部位に、外部リードと外装フィルムの間に、予め少なくとも外部リードに対向する面をプラズマ照射処理した接着性絶縁フィルムを介挿した状態で、210℃に加熱したプレスヘッドにより5秒間加圧し、正負極の外部リードと接着性絶縁フィルム、接着性絶縁フィルムとマレイン化ポリプロピレンフィルム、およびマレイン化ポリプロピレンフィルム同士を接着させて、シール部を形成した。これらの熱シール順序は、同時でも、どちらかを先にしても構わない。
【0086】
次いで、非水電解液を外装フィルム用素材の開放された長辺側部分を通して1torr以下の真空下で注入・含浸させた。この非水電解液としては、エチレンカーボネート/メチルエチルカーボネート/LiPF6=34.9/53.1/12(質量比)の混合液にトリオクチルフォスフェート(TOP)を0.5重量%加えたものを用いた。その後未シール部を210℃に加熱したプレスヘッド(図示せず)により、5秒間加圧し、予めプラズマ照射処理が施されている部位のマレイン化ポリプロピレンフィルム同士を接着させて、シール部を形成し、余分な外装フィルム用素材部分を裁断除去して未初充電状態の薄形非水電解液二次電池を作製した。つづいて、この二次電池を圧力容器であるオートクレーブ内に設置し、この圧力容器内に乾燥空気を供給することにより前記二次電池をゲージ圧0.5MPaで10分間加圧処理した。
【0087】
次いで、20℃の大気中にて0.5C(375mA)で2時間予備充電を行なった。つづいて、予備充電を終了した前記二次電池を、加圧容器に入れた後、室温にて圧縮された乾燥空気を送り込み、前記外装フィルムを介して0.9MPa(ゲージ圧)で5時間加圧した。これにより、予備充電で発生したガスを電解液に溶け込ますと同時に、外装フィルムと電極体、および正負極、セパレータの間に生じた微小な隙間を押し潰した。最後に、20℃において0.2C(150mA)、4.2Vの条件で8時間本充電を行うことにより定格外寸法が厚さ3.8mm、幅35mm、高さ62mmで、容量が750mAh(0.2C)の薄形非水電解液二次電池を製造した。
【0088】
(比較例1)
予備充電後のガス加圧を行わない以外、実施例1と同様な方法により薄形非水電解液二次電池を製造した。
【0089】
(比較例2)
予備充電および予備充電後のガス加圧を行わずに、20℃の大気中で0.5C(375mA)で、4.2Vの条件で8時間本充電を行う以外、実施例1と同様な方法により薄形非水電解液二次電池を製造した。
【0090】
<電池性能試験>
得られた実施例1および比較例1、2の薄形非水電解液二次電池について、本充電(初充電)後の厚さおよび0.2C放電容量を測定した。また、初充電後の各二次電池について20℃で1.0C/1.0Cの条件で充放電(充電条件;650mA、4.2V、3時間、放電条件;650mA、3.0Vカットオフ)した際の500サイクル後の厚さ、放電容量および放電容量維持率(初期放電容量に対する維持率)を測定した。これらの結果を表1に示す。
【0091】
【表1】
【0092】
前記表1から明らかなように予備充電、ガス加圧、さらに本充電の処理を施した実施例1の二次電池は、予備充電後にガス加圧を行わずに大気圧下で充電した比較例1の二次電池、予備充電および予備充電後のガス加圧を行わずに大気圧下で充電した比較例2の二次電池に比べ、本充電後の厚さが薄く、放電容量が大きいことが分かる。
【0093】
また、充放電サイクルを繰り返した後も、予備充電、ガス加圧、さらに本充電の処理を施した実施例1の二次電池は、予備充電後にガス加圧を行わずに大気圧下で充電した比較例1の二次電池、予備充電および予備充電後のガス加圧を行わずに大気圧下で充電した比較例2の二次電池に比べ、厚さが薄く、放電容量維持率が高いことが分かる。
【0094】
(実施例2)
実施例1と同様の帯状の正極、帯状の負極、セパレータ、電解液を用意した。つづいて、前記帯状の正極と帯状の負極を、厚さ20μm、気孔率50%、透気度300秒/100ccのポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを介して、正極/セパレータ/負極/セパレータの順序に積層し、断面が扁平状の巻芯で渦巻き状に捲回し、さらに油圧式プレスで加熱圧縮し、成形して扁平状電極体(電極群)を作製した。
【0095】
次いで、前記電極体をアルミニウム合金A3003のアルミニウム板をプレス成形により得た肉厚が20μmのアルミニウム缶に挿入した。つづいて、中心付近に負極端子がハーメティックシールされ、かつ電解液の注液孔が開口されたアルミニウム製蓋体を用意し、この負極端子に前記アルミニウム缶内の電極体の負極に取り付けた外部リードを接続した後、前記蓋体を前記アルミニウム缶の開口部に溶接して封止した。ひきつづき、減圧下で組成が実施例1と同様なエチレンカーボネート/メチルエチルカーボネート/LiPF6=34.9/53.1/12(質量比)の混合液にトリオクチルフォスフェート(TOP)を0.5重量%加えた電解液を前記蓋体の注液孔を通して注入することにより未初充電の角形非水電解液二次電池を組み立てた。
【0096】
次いで、前記二次電池を20℃の大気圧の乾燥空気中にて0.5C(310mA)で2時間予備充電を行なった。この予備充電で発生したガスの一部は、前記蓋体の注液孔を通して外部に排出された。この後、前記蓋体の注液孔を封じた。
【0097】
次いで、前記予備充電を終了した前記二次電池を加圧容器に入れた後、室温にて圧縮された乾燥空気を送り込み、前記アルミニウム缶を介してゲージ圧で0.9MPaにて15時間加圧した。このとき、前記予備充電で発生したガスは電解液に溶け込まれると同時に、アルミニウム缶と電極体の間、および電極体の正負極の間に生じた微小な隙間が押し潰された。最後に、20℃において0.2C(124mA)、4.2Vの条件で6時間本充電を行うことにより定格外寸法が厚さ外装部材のみアルミニウム缶を用いて前述した図6に示す構造の厚さ4.4mm、幅30mm、高さ48mmで、0.2C放電容量が620mAhの角型非水電解液二次電池を製造した。
【0098】
(実施例3)
アルミニウム缶内に電極体を挿入し、このアルミニウム缶の開口部にアルミニウム製蓋体を溶接し、減圧下で組成が実施例1と同様な電解液を前記蓋体の注液孔を通して注入し、この注液孔を封じた後、0.5C(310mA)で2時間予備充電を行なった以外、実施例2と同様な方法により定格外寸法が厚さ4.4mm、幅30mm、高さ48mmで、容量が620mAh(0.2C)の角形非水電解液二次電池を製造した。
【0099】
(比較例3)
予備充電および予備充電後のガス加圧を行わずに、20℃、0.2C(124mA)、4.2Vの条件で6時間本充電を行った以外、実施例2と同様な方法により定格外寸法が厚さ4.4mm、幅30mm、高さ48mmで、容量が620mAh(0.2C)の角形非水電解液二次電池を製造した。
【0100】
(比較例4)
予備充電および予備充電後のガス加圧を行わずに、20℃、0.2C(124mA)、4.2Vの条件で6時間本充電を行い、さらに本充電を終了した二次電池を加圧容器に入れた後、室温にて圧縮された乾燥空気を送り込み、前記アルミニウム缶を介してゲージ圧で0.9MPaにて15時間加圧した以外、実施例2と同様な方法により厚さ4.4mm、幅30mm、高さ48mmで、容量が620mAh(0.2C)の角形非水電解液二次電池を製造した。
【0101】
<電池性能試験>
得られた実施例2、3および比較例3、4の角形非水電解液二次電池について、本充電後の厚さおよび0.2C放電容量を測定した。また、初充電後の各二次電池について20℃で1.0C/1.0Cの条件で充放電(充電条件;620mA、4.2V、3時間、放電条件;620mA、3.0Vカットオフ)した際の500サイクル後の厚さ、放電容量および放電容量維持率を測定した。これらの結果を表2に示す。
【0102】
【表2】
【0103】
前記表2から明らかなように予備充電、ガス加圧、さらに本充電の処理を施した実施例2の二次電池は、予備充電および予備充電後のガス加圧を行わずに大気圧下で充電した比較例3の二次電池に比べ、本充電後の厚さが薄く、放電容量が大きいことが分かる。
【0104】
注液後に封口した状態で予備充電、ガス加圧、さらに本充電の処理を施した実施例3の電池は、注液孔を開放した状態で予備充電し、その後注液孔を封じ、ガス加圧し、本充電処理を施した実施例2の二次電池に比べやや厚さが厚くなり、放電容量が小さいが、定格を満足するものであった。
【0105】
本充電後にガス加圧した比較例4の二次電池は、本充電前に加圧した実施例2の二次電池に比べ厚さが厚くなってしまうことが分かる。
【0106】
また、充放電サイクルを繰り返した後も、予備充電、ガス加圧、さらに本充電の処理を施した実施例2、3の二次電池は、予備充電および予備充電後のガス加圧を行なわないで大気圧下で充電した比較例3および本充電後ガス加圧した比較例4の二次電池に比べて、厚さが薄く、放電容量維持率が高いことが分かる。
【0107】
なお、前述した実施例では予備充電を密封した状態で行なったが、工程が煩雑になるものの、予備充電を開放状態で行ない、その後の高圧力の気体による加圧工程で密封状態にしてもよい。
【0108】
(実施例4)
<正極の作製>
まず、リチウムコバルト酸化物(LiCoO2)粉末90重量%に、アセチレンブラック5重量%と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%のジメチルフォルムアミド(DMF)溶液とを加えて混合し、スラリーを調製した。このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスすることにより、正極層が集電体の両面に担持された構造の正極を作製した。なお、正極層の厚さは、片面当り60μmであった。
【0109】
<負極の作製>
炭素質材料として3000℃で熱処理したメソフェーズピッチ系炭素繊維(粉末X線回折により求められる(002)面の面間隔(d002)が0.336nm)の粉末を95重量%と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%のジメチルフォルムアミド(DMF)溶液とを混合し、スラリーを調製した。このスラリーを厚さ12μmの銅箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥し、プレスすることにより、負極層が集電体に担持された構造の負極を作製した。なお、負極層の厚さは、片面当り55μmであった。
【0110】
なお、前記炭素繊維の(002)面の面間隔d002は粉末X線回折スペクトルから半値幅中点法によりそれぞれ求めた。この際、ローレンツ散乱等の散乱補正は行わなかった。
【0111】
<セパレータ>
厚さ20μm、気孔率50%、透気度300秒/100ccのポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを用意した。
【0112】
<非水電解液の調製>
エチレンカーボネート(EC)/メチルエチルカーボネート(MEC)/六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)=34.9/53.1/12(重量比)の混合液にビニレンカーボネート(VC)を0.5重量%加えた非水電解液を調製した。
【0113】
<電極群の作製>
前記正極の集電体に帯状アルミニウム箔(厚さ100μm)からなる正極リードを超音波溶接し、前記負極の集電体に帯状ニッケル箔(厚さ100μm)からなる負極リードを超音波溶接した後、前記正極及び前記負極をその間に前記セパレータを介して渦巻き状に捲回した後、扁平状に成形し、さらに油圧式プレスで加熱圧縮し、成形して扁平状電極体(電極群)を作製した。
【0114】
この電極体を肉厚が0.25mmのアルミニウム製の外装缶に挿入し、この外装缶の上端開口部に注液孔が開口された蓋体をレーザシーム溶接して前記電極体を密封した。
【0115】
次いで、前記外装缶内の電極群に85℃で真空乾燥を12時間施すことにより電極群および外装缶に含まれる水分を除去した。つづいて、前記組成の非水電解液を前記蓋体の注液孔を通して前記外装缶内の電極群に定量注液した後、注液孔を上向きにして不活性ガス中で0.5C(310mA)、3.7Vで2時間予備充電を行った。ここで、充電時に前記外装缶内に生成する反応ガスは前記蓋体の注液孔から外部に排出された。その後、例えばアルミニウム製の矩形板からなる封止部材を前記注液孔周囲の前記蓋体に対して例えば超音波溶接により接合し、前記注液孔を気密封止した。
【0116】
次いで、予備充電を終了した前記二次電池を、加圧容器に入れた後、室温にて圧縮された乾燥空気を送り込み、前記蓋体付外装缶を0.5MPa(ゲージ圧)で24時間ガス加圧を行なった。これにより、予備充電で発生したガスを電解液に溶け込ますと同時に、外装缶と電極群の間、および電極群の正負極、セパレータの間に生じた微小な隙間を押し潰した。最後に、20℃において、0.2C(124mA)、4.2Vの条件で10時間本充電を行うことにより定格外寸法が厚さ4.4mm、幅30mm、高さ48mmで、容量が620mAh(0.2C)の角形非水電解液二次電池を製造した。
【0117】
(実施例5)
予備充電後のガス加圧を5MPa(ゲージ圧)で12時間行なった以外、実施例4と同様な方法により角型非水電解液二次電池を製造した。
【0118】
(実施例6)
予備充電後のガス加圧を10MPa(ゲージ圧)で4時間行なった以外、実施例4と同様な方法により角型非水電解液二次電池を製造した。
【0119】
(実施例7)
予備充電後のガス加圧を15MPa(ゲージ圧)で1時間行なった以外、実施例4と同様な方法により角型非水電解液二次電池を製造した。
【0120】
(比較例5)
予備充電後にガス加圧を行わない以外、実施例4と同様な方法により角型非水電解液二次電池を製造した。
【0121】
<電池性能試験>
得られた実施例4〜7、比較例1の角型非水電解液二次電池について、本充電後の厚さおよび0.2C放電容量を測定した。また、本充電後の各二次電池について20℃で1.0C/1.0Cの条件で充放電(充電条件;620mA、4.2V、3時間、放電条件;620mA、3.0Vカットオフ)した際の500サイクル後の放電容量維持率(初期放電容量に対する維持率)を測定した。それらの結果を下記表3に示す。
【0122】
【表3】
【0123】
表3から明らかなように予備充電後にガス加圧した後本充電処理した実施例4〜7の二次電池は、予備充電後のガス加圧を行なわないで充電した比較例5の二次電池に比べ、本充電後の厚さが薄く、放電容量が大きいことがわかる。
【0124】
また、20℃で1C/1Cの充放電サイクルを500サイクル繰り返した後も、厚さが薄く、放電容量維持率が高いことがわかる。
【0125】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば予備充電後にガス加圧し、さらに本充電処理することにより、厚さが薄く、初期及び充放電サイクルの繰返し後の放電容量が大きい電池の製造方法および電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の薄形非水電解液二次電池の製造工程を示す斜視図。
【図2】図1のII−II線に沿う断面図。
【図3】本発明の薄形非水電解液二次電池の製造工程を示す斜視図。
【図4】図3のVI−VI線に沿う断面図。
【図5】本発明の薄形非水電解液二次電池の製造工程を示す斜視図。
【図6】本発明の外装部材にアルミニウム製の外装缶を用いた角形非水電解液二次電池を示す部分切欠斜視図。
【符号の説明】
3、26…正極、4、25…セパレータ、7、24…負極、8、23…電極体、9、10…外部リード、11…外装フィルム用素材、12…カップ、16…接着性絶縁フィルム、17a、17b、17c…シール部、18…外装フィルム、21…アルミニウム製の外装缶、28…蓋体、29…注液孔、30…封止部材、31…負極端子。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a battery in which a power generation element is sealed inside an exterior member, and a battery.
[0002]
[Prior art]
With advances in electronic devices such as mobile phones and personal computers, batteries used in these devices have been constantly required to be smaller, lighter, have higher capacity, have higher performance, and have lower costs. For this reason, in the battery, the electrode material such as the positive electrode active material and the negative electrode active material is changed to one having a higher energy density, the separator is made thinner, the thickness of the battery outer can is reduced, or the outer member is used. Improvements have been made such as changing the material of the metal can from iron to aluminum, and further changing the exterior member to a metal can and using a bag-shaped exterior film consisting of a laminated film with aluminum foil interposed between resin films. Was.
[0003]
However, conversely, due to these improvements, the amount of gas generated during initial charging increased, and the free space inside the battery decreased, so that the internal pressure increased, the electrodes were twisted, and the exterior member was made of aluminum or a laminated film. Due to the low-elasticity material being replaced, the battery swells at the time of initial charging due to the fact that the battery is easily deformed, and a problem that the desired thickness cannot be maintained.
[0004]
In order to solve such a problem, for example, Patent Literature 1 discloses a method of manufacturing a sealed rectangular battery in which initial charging and discharging are performed while pressing a wide surface of a metal can inward from both left and right sides. .
[0005]
Further,
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-8-293320
[0007]
[Patent Document 2]
JP-A-11-339853
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in any of the methods for manufacturing a prismatic non-battery described in
[0009]
An object of the present invention is to provide a method and a battery for manufacturing a battery which is inexpensive, simple, and has excellent mass productivity while maintaining a desired thickness and having excellent battery characteristics.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The method for manufacturing a battery according to the present invention includes a step of precharging an uncharged battery containing a power generation element having a positive electrode, a negative electrode, a separator and a nonaqueous electrolyte in an exterior member,
Pressurizing the precharged sealed battery with a high-pressure gas;
A step of fully charging the pressurized battery; and
It is characterized by including.
[0011]
The battery according to the present invention is characterized in that an uncharged battery containing a power generating element having a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte in an exterior member is pressurized with a high-pressure gas after preliminary charging, and further fully charged. It is a feature.
[0012]
In the method for producing a battery according to the present invention, the exterior member is a metal exterior can attached with a lid having a liquid injection hole, and the preliminary charging is performed by passing the nonaqueous electrolyte through the liquid injection hole. It is preferable that the liquid injection hole is opened after the liquid is injected into the outer can, and that the liquid injection hole is directed upward at a voltage of 3.6 to 3.9 V.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a method of manufacturing a thin battery (for example, a thin nonaqueous electrolyte secondary battery) using a bag-shaped exterior film made of a laminated film in which a metal sheet and a resin film are laminated as an exterior member according to the present invention will be described. This will be described with reference to FIG.
[0014]
(First step)
First, the positive electrode active material layer containing the active material and the binder was supported on both sides of the current collector, for example, the positive electrode, the separator, the negative electrode active material layer containing the active material and the binder was supported on both sides of the current collector, for example The negative electrode and the separator are spirally wound to produce a substantially cylindrical object. At the time of this winding, external leads are connected to the positive and negative electrodes by, for example, welding.
[0015]
Next, the obtained cylindrical electrode product is heated and pressed to form a positive electrode in which the positive electrode active material layer 1 containing the active material and the binder shown in FIGS. A flat electrode body (electrode group) 8 having 3, a separator 4, and a
[0016]
The heat-press molding is desirably performed at a temperature of 60 to 100 ° C, more preferably 80 to 95 ° C, and a pressure of 1 to 3 MPa, more preferably 1.2 to 2.2 MPa.
[0017]
(2nd process)
A two-fold cup-type exterior material film material having a dimension slightly longer than the long side of the electrode body and having a length, for example, twice as long as the short side is prepared, and as shown in FIGS. The
[0018]
In the plasma surface treatment, when extremely high-energy (high-activity) plasma, which has been separated into positive ions and electrons and ionized, is applied to a substance having a dirty surface, the dirt attached to the material surface and the plasma particles are combined. To remove dirt and clean the surface. In addition, the chemical bond on the surface of the substance changes, and a hydrophilic group such as an OH group that is easily compatible with the liquid is generated, so that the substance is easily bonded. In addition, the plasma particles decompose the low-activity molecular layer on the surface, and a highly active oxide layer appears on the surface to improve wettability. Furthermore, the surface of the plasma particles has irregularities at the atomic level. Therefore, when the surface of the resin or metal is subjected to the plasma irradiation treatment, the wettability of the surface of the object to be treated is improved, and the contact angle with water is reduced. As a result, the adhesive force between the metal subjected to the plasma surface treatment and the resin and between the resin and the resin is improved.
[0019]
In the plasma surface treatment, a commercially available plasma irradiator (for example, trade name: ST-7000, manufactured by Keyence Corp.) is used for several seconds (for example, 1 to 3 seconds) at a distance of 5 mm to 50 mm from the sample in air. By irradiating the plasma, the above-described effects can be obtained.
[0020]
(3rd step)
A non-aqueous electrolyte is injected through the unsealed portion (right end) of the
[0021]
In the above step, it is preferable to seal the inside of the bag-shaped exterior film material in a state where the inside of the bag is degassed under reduced pressure in advance. Specifically, 1) a method in which the electrode body is housed in a bag-shaped exterior film material, and the exterior film material is degassed under reduced pressure, and then a non-aqueous electrolyte is injected and sealed as it is. 2) The electrode body After the non-aqueous electrolyte is stored in a bag-like material for an exterior film in an air atmosphere, the air is degassed under reduced pressure and sealed.
[0022]
(4th process)
The secondary battery is housed in a pressure vessel (not shown), and the flat non-aqueous electrolyte is impregnated into the flat electrode body in the secondary battery by performing a pressure treatment. The next battery is manufactured.
[0023]
The pressurizing process may employ a method of supplying a pressurized medium into a pressure vessel. As this pressurized medium, for example, any one of carbon dioxide, nitrogen, dry air, and argon can be used. Further, water can be used as the pressurizing medium. However, it is preferable to use a gas as the pressurizing medium, particularly a gas containing no water, from the viewpoint of preventing moisture from entering the inside of the bag-shaped outer layer film. When carbon dioxide gas is used as the gas, the carbon dioxide gas penetrates into the bag-shaped exterior film by pressurization to form a more stable solid electrolyte interface (SEI), and the cycle characteristics of the non-aqueous electrolyte are reduced. This is effective because effects such as improvement can be expected.
[0024]
In the pressure treatment using the pressure vessel, it is preferable to increase the pressing force because the impregnation rate of the nonaqueous electrolyte into the electrode body can be increased in proportion to the pressure difference. However, it is necessary to increase the thickness of the pressure vessel and strengthen the structural reinforcement with the increase in the pressing force. For this reason, it is preferable that the applied pressure be 0.3 to 1.0 MPa as a gauge pressure.
[0025]
If the impregnation of the non-aqueous electrolyte into the electrode body is incomplete, charging is performed only at the impregnated electrode body part in an initial charging step (preliminary charging and main charging) described later. Therefore, compared to the so-called fully impregnated state in which the entire space including the space between the electrodes is completely impregnated with the non-aqueous electrolyte, the charged portion is made at a substantially higher rate, and the discharge capacity is small. Thus, various characteristics of the battery including the cycle characteristics are deteriorated. In addition, variations in the impregnation state result in large variations in discharge capacity and other characteristics. Therefore, the battery must be fully impregnated when initially charged.
[0026]
Here, by measuring the capacitance and / or impedance between the positive and negative electrodes of the battery, the impregnation state of the electrolytic solution can be determined nondestructively. This is because the relative permittivity of the non-aqueous electrolyte is orders of magnitude greater than the relative permittivity of the voids, so that the non-aqueous electrolyte is impregnated into the pores of the electrode group and replaced with the non-aqueous electrolyte, It is based on an order of magnitude increase in the capacitance between the electrodes of the electrode group. Similarly, the impedance of the non-aqueous electrolyte is significantly lower than the impedance of the gap, so that the non-aqueous electrolyte is impregnated into the gaps of the electrode group and replaced with the non-aqueous electrolyte, so that the gap between the electrodes of the electrode group is reduced. Is significantly lower.
[0027]
Specifically, the determination of the fully impregnated state of the battery can be performed by detecting the capacitance and / or impedance of the battery and determining whether or not the capacitance and / or impedance set in advance by experiment is reached. it can. In the production line, the capacitance and / or impedance between the positive and negative electrodes of the battery is measured, and when this value reaches a value corresponding to full impregnation, it is determined that the battery is fully impregnated.
[0028]
(Fifth step)
After taking out the secondary battery from a pressure vessel (not shown), preliminary charging is performed. Subsequently, the precharged sealed secondary battery is housed in a pressure vessel (not shown) and pressurized with a high-pressure gas. At this time, most of the gas generated during the preliminary charging is dissolved in the electrolyte. Next, the secondary battery is fully charged to produce a thin nonaqueous electrolyte secondary battery that has been subjected to an initial charging process.
[0029]
Here, the "preliminary charge" means that the active material of the positive and negative electrodes does not substantially expand, and is charged at a voltage at which gas generation accompanying the charging reaction between the positive and negative electrodes is substantially completed. Specifically, in the case of a non-aqueous electrolyte secondary battery, the pre-charging is performed at 3.7 V, for example, at a rate of 0.5 C for 2 hours. The secondary battery to be precharged may be open or sealed. However, the secondary battery is sealed when pressurized by a high-pressure gas.
[0030]
The term "main charge" means that the active material of the positive and negative electrodes is charged at a voltage higher than that of the preliminary charge and a sufficient charge reaction between the positive and negative electrodes causes the electrode group to expand. I do. Specifically, in the case of a non-aqueous electrolyte secondary battery, the main charging is performed at 4.2 V, for example, at a rate of 0.2 C for 6 hours.
[0031]
As the gas, for example, air, nitrogen gas, carbon dioxide gas or inert gas can be used, and it is preferable that these gases are dried. In addition, by using a dry gas, it is possible to prevent a decrease in battery performance due to moisture penetrating into the exterior member and reacting with an electrolyte in the electrolytic solution, for example, lithium hexafluorophosphate to generate hydrofluoric acid. Becomes possible. The use of carbon dioxide, nitrogen, and inert gas as gases prevents oxygen from penetrating into the exterior member and oxidizing the electrolyte, positive electrode, negative electrode, separator, current collector, etc., and lowering battery performance. Can be prevented.
[0032]
The pressure of the gas is preferably 0.1 to 15 MPa as a gauge pressure. When the pressure of the gas is less than 0.1 MPa in gauge pressure, expansion due to the gas generated during the pre-charging is sufficiently suppressed, and it may be difficult to quickly dissolve the generated gas in the electrolyte. . On the other hand, if the pressure applied by the gas exceeds 15 MPa in gauge pressure, it is necessary to increase the wall thickness of the container wall in order to increase the pressure resistance of the pressure container, or the operability becomes poor.
[0033]
Next, the
[0034]
1)
The
[0035]
Examples of the current collector include aluminum.
[0036]
As the active material, a lithium composite oxide having a high energy density is preferable. Specifically, LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li x Ni y Co 1-y O 2 (However, x and y differ depending on the state of charge of the battery, and are usually 0 <x <1, 0.7 <y <1.0), Li x Co y Sn z O 2 (However, x, y, and z represent the numbers of 0.05 ≦ x ≦ 1.10, 0.85 ≦ y ≦ 1.00, and 0.001 ≦ z ≦ 0.10, respectively). Lithium composite oxide is obtained by mixing and grinding lithium carbonate, nitrate, oxide or hydroxide and carbonate, nitrate, oxide or hydroxide such as cobalt, manganese or nickel with a predetermined composition, It can be obtained by firing at a temperature of 600 to 1000 ° C. in an atmosphere. Among them, Li x Co y Sn z O 2 (However, x, y, and z represent the numbers of 0.05 ≦ x ≦ 1.10, 0.85 ≦ y ≦ 1.00, and 0.001 ≦ z ≦ 0.10, respectively). As a result, the particle size of the lithium-containing compound becomes small and uniform, so that a battery having excellent cycle characteristics can be obtained. The reason for setting 0.001 ≦ z ≦ 0.10 is that if z is less than 0.001, it is difficult to sufficiently control the particle size. On the other hand, when z exceeds 0.1, the capacity is reduced.
[0037]
As the binder, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR) and the like can be used.
[0038]
The positive electrode active material layer is allowed to contain a conductive agent such as acetylene black, carbon black, and graphite.
[0039]
2) Separator 4
The separator 4 is made of, for example, a microporous membrane made of polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, ethylene-butene copolymer, or a woven or nonwoven fabric having fibers of these materials.
[0040]
3)
The
[0041]
Examples of the current collector include a copper or nickel plate or mesh.
[0042]
The active material may be any material capable of doping / dedoping lithium. Examples of the active material include graphites, cokes (petroleum coke, pitch coke, needle coke, etc.), pyrolytic carbons, and fired products of organic polymer compounds (phenols). Resin or the like fired and carbonized at an appropriate temperature) or metallic lithium, polyacetylene, polypyrrole, or the like.
[0043]
The binder preferably contains, for example, a binder such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, ethylene-propylene-diene copolymer, styrene-butadiene rubber, and carboxymethyl cellulose.
[0044]
4) Non-aqueous electrolyte
This non-aqueous electrolyte has a composition in which an electrolyte is dissolved in a non-aqueous solvent.
[0045]
As the electrolyte, for example, lithium perchlorate (LiClO 4 ), Lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), Lithium hexafluoroarsenate (LiAsF) 6 ), Lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), Lithium (bis) trifluoromethanesulfonimide [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ], Lithium bis [5-fluoro-2orato-1-benzene-sulfonato (2-)] borate and the like can be used.
[0046]
Examples of the non-aqueous solvent include γ-butyrolactone, ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolan, methylsulfolane, Acetonitrile, propyl nitrile, anisole, acetate, propionate and the like can be used, and two or more kinds may be used in combination. It is preferable to add a surfactant such as trioctyl phosphate (TOP), di-n-butyl carbonate (DNBC) or the like to the non-aqueous solvent. The addition of such a surfactant makes it possible to improve the wettability of the non-aqueous electrolyte with respect to the separator.
[0047]
It is preferable that the concentration of the electrolyte in the non-aqueous solvent is 0.5 mol / L or more.
[0048]
In particular, as the non-aqueous electrolyte, lithium tetrafluoroborate (LiBF) is used in a non-aqueous solvent of ethylene carbonate (EC) and γ-butyrolactone (γ-BL). 4 When a solution in which the electrolyte is dissolved is used, it is difficult to evaporate even when the degree of vacuum is increased at reduced pressure, and there is little bubbling, so that a battery can be easily manufactured. In this case, EC has a higher viscosity than γ-BL, and has a smaller capacity at low temperatures. For this reason, there is a possibility that the lower the temperature, the more the EC. Conversely, the more γ-BL, the better the low-temperature characteristics. Further, γ-BL easily reacts with the negative electrode carbon at a high temperature, and the capacity decrease at a high temperature becomes large. Therefore, the mixing ratio of EC / γ-BL is preferably set to 2/1 to 1/5 (volume ratio). The LiBF 4 Is preferably 0.75 to 2 mol / L with respect to the total amount of the solvent. When the content is less than 0.75 mol / L, it becomes difficult to obtain a battery having a desired large capacity. On the other hand, if it exceeds 2 mol / L, cycle deterioration of the battery is likely to occur, and the nonaqueous electrolyte may be expensive.
[0049]
In addition to the electrolytic solution, a polymer gel electrolyte impregnated with the electrolytic solution or an all-solid polymer solid electrolyte containing no solvent may be used.
[0050]
The polymer used as the polymer gel electrolyte is not particularly limited, and examples thereof include polyacrylonitrile resin, polyethylene oxide resin, polyether resin, polyester resin, polyacrylate resin, and fluorine resin. Can be
[0051]
5) External leads 9, 10
The material of the external lead connected to the positive electrode is, for example, aluminum, and the material of the external lead connected to the negative electrode is, for example, nickel, copper, or the like. Here, aluminum and copper are easily corroded by the electrolytic solution, and nickel is not easily corroded. Therefore, it is preferable to use nickel as the external lead material. It elutes. High purity ferritic steel such as titanium or stainless steel (29Cr-4Mo-2Ni) does not elute in the electrolytic solution, but these metals are not suitable because the impedance of the battery becomes high. Therefore, aluminum or an aluminum alloy must be used. Further, it is preferable to use nickel as the negative electrode lead terminal material for the above-mentioned reason. Nickel is less likely to be corroded by the electrolytic solution, and thus it is possible to use a negative electrode-side external lead that is not subjected to surface treatment with a chemical solution. Of course, it is possible to manufacture a more reliable battery by treating the negative electrode side external lead with a chemical solution. Since nickel has a high impedance, the terminal is liable to be melted due to abnormal heat generation due to resistance loss when an external short circuit occurs. In this case, a copper band whose surface is plated with nickel may be used.
[0052]
Examples of the surface treatment method of aluminum and aluminum alloy include (1) anodization at 15 V in a 100 g / L phosphoric acid aqueous solution, (2) anodization at 15 V in a 100 g / L sulfuric acid aqueous solution, and (3) 75 g / L. (4) Surface treatment by immersion in 140 g / L of caustic soda water, (5) An aqueous solution of sodium chromate / sulfuric acid / water of 3/30/100 in a mass ratio of 60 to 70% Surface treatment by immersion at a temperature of ° C. As a result of the surface treatment using these chemicals, an oxide film of porous alumina having a large number of protrusions having a height of about several nm to several thousand nm is formed on the surface of aluminum and an aluminum alloy.
[0053]
6)
The
[0054]
The sealant film seals the power generating element inside the material by thermocompression bonding between the sealant films, between the sealant film and the external leads, or between the sealant film and the adhesive insulating film.
[0055]
As the sealant film, a non-stretched film that does not dissolve or swell in a non-aqueous electrolyte is preferable. For example, unstretched polypropylene (PP), polyolefin-based polymer such as linear low density polyethylene (LLDPE), ethylene / vinyl acetate (EVA) copolymer, ionomer (IO), polyamide (PA), nylon (Ny) , Polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene chloride (PVDC), polyvinyl alcohol (PVA), ethylene vinyl alcohol (EVOH), polycarbonate (PC), polystyrene (PS ), Polyacrylonitrile (PAN), ethylene / acrylic acid copolymer (EAA), ethylene / methacrylic acid copolymer (EMAA), ethylene / methyl acrylate copolymer (EMA), ethylene / methyl methacrylate copolymer EMMA), ethylene-ethyl acrylate copolymer (EEA), it may be used polymethylpentene (PMP) and the like. In particular, a resin film obtained by graft-polymerizing an acid anhydride such as maleic anhydride with these resins as a base polymer is suitable not only when an adhesive insulating film is not used, but also for increasing the adhesion to a metal. It is informative.
[0056]
The aluminum or aluminum alloy sheet functions as a barrier for preventing the permeation of the non-aqueous electrolyte or gas.
[0057]
The rigid resin film (surface material) has a function of protecting the aluminum or aluminum alloy sheet and maintaining the mechanical structural characteristics of the battery.
[0058]
As the rigid resin, for example, films such as biaxially stretched polyolefin-based polymers such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), and polyamide (PA) can be used.
[0059]
7) Adhesive insulating
As the adhesive insulating film, it is preferable to use a film having the same properties and moldability as the sealant film and having excellent adhesion to the metal as the positive and negative external leads. Specifically, a product obtained by graft-polymerizing an acid anhydride such as maleic anhydride to a base polymer made of the resin used for the above-mentioned sealant film can be used. The adhesive insulating film is not essential for the structure of the battery, and may not be used as necessary.
[0060]
The adhesive insulating film may be the same system as or different from the sealant film. If the adhesive insulating film and the sealant film are made of the same composition, a uniform and highly reliable sealing structure around the positive and negative electrode side external leads can be obtained.
[0061]
The present invention is not limited to the manufacture of the thin battery shown in FIG. 5 described above, but may also manufacture a square battery (for example, a square nonaqueous electrolyte secondary battery) having a structure shown in FIG. 6 described below. it can.
[0062]
That is, in FIG. 6, an
[0063]
A
[0064]
The
[0065]
When such an exterior member is an exterior can (for example, an aluminum or aluminum alloy exterior can) 21 to which a
[0066]
That is, after the
[0067]
The potential of the pre-charging is preferably 3.6 V to 3.9 V, for example, at a rate of 0.5 C for 2 hours. If the pre-charge potential is less than 3.6 V, hydrogen gas may be generated during the main charge, and the outer case may swell. If the pre-charge potential exceeds 3.9 V, the rate of hydrogen gas generation in pre-charge increases, and the outer can may swell during pre-charge. In addition, it is conceivable to suppress the swelling of the outer can by increasing the pre-charging potential and lowering the rate. However, the charging time is prolonged, and accordingly, the battery opening time during pre-charging (i.e. Opening time) becomes longer. As a result, the non-aqueous electrolyte in the outer can volatilizes, and the composition of the electrolyte changes, which adversely affects battery characteristics.
[0068]
The pressure applied by the gas is preferably 0.1 MPa to 15 MPa, more preferably 0.5 MPa to 15 MPa for the same reason as described above, and is performed at, for example, 0.5 MPa (gauge pressure) for 24 hours.
[0069]
The gas is used for the same reason as described above, that is, using dry air in relation to the non-aqueous electrolyte, or using nitrogen gas and an inert gas in order to prevent oxidation of the electrode group and the non-aqueous electrolyte. Is preferred.
[0070]
As described above, according to the present invention, the uncharged battery (secondary battery) is precharged, and the precharged hermetically sealed battery is gas-pressurized and then fully charged, whereby the first charge is performed. Gas generation and expansion of the active material of the positive and negative electrodes due to expansion can be suppressed, and separation of the positive electrode and the negative electrode can be prevented. For example, the thickness of a thin battery can be reduced.
[0071]
That is, at the time of preliminary charging, a decomposition reaction such as hydrogen, methane, ethylene, or carbon monoxide is generated by a charging reaction occurring between the electrolyte and the positive and negative electrodes, and the internal pressure of the exterior member (for example, the packaging material) increases. The laminated film constituting the material is pushed out, and the thickness of the central part of the battery is increased, particularly. In some cases, the packaging material holding down the electrode group is separated from the electrode group, and thus the positive and negative electrodes are separated. Further, the decomposition gas stays between the electrode plates of the electrode group. When the main charge is performed in such a state, the electrodes are twisted due to the expansion of the positive and negative electrode active materials accompanying the main charge, and the finished thickness of the battery is increased. In the case of a non-aqueous electrolyte secondary battery, since charging is performed in a local overload state, lithium ions are deposited to form a thin metal lithium layer. As a result, the battery becomes thicker or the charge / discharge ability is reduced.
[0072]
For this reason, the present invention provides a method for pressurizing a sealed battery with a high-pressure gas after the pre-charging and before the main charging, so that the decomposition gas generated in the pre-charging and retained between the electrode plates. Can be dissolved in an electrolytic solution in an exterior member (for example, a packaging material) (Henry's law), and can be returned to a shape before swelling without swelling due to pressing of an electrode group through the packaging material. Can be prevented from being separated from the electrode group and between the positive and negative electrode plates. That is, the inner surface of the exterior member can be in close contact with the outer surface of the electrode group, and the electrode plates can be in close contact with each other. In addition, since the distance between the positive and negative electrode plates can be reduced, the occurrence of electrodeposition of the metallic lithium can be prevented. As a result, even if the active material of the positive and negative electrodes expands in this charging, the electrodes are twisted, the finished thickness of the battery becomes thicker, or in the case of a non-aqueous electrolyte secondary battery, Since deposition of lithium can be prevented, a battery having a set thin dimension can be manufactured without lowering the charge / discharge capability.
[0073]
In particular, by setting the pressure of the gas to a gauge pressure of 0.1 to 15 MPa, the effect of dissolving the gas generated in the preliminary charging into the electrolyte solution in the exterior member (for example, the packaging material) and the preliminary charging without swelling The effect of returning to the previous shape can be more reliably exhibited.
[0074]
Further, it is possible to manufacture a battery in which an increase in the thickness of the battery and a decrease in the discharge capacity when the charge / discharge cycle is repeated are suppressed. This is because the active points for the electrolyte such as the positive electrode and the negative electrode disappear by the initial charge by the preliminary charge and the main charge described above, and almost no gas is generated during the subsequent charge and discharge.
[0075]
Furthermore, according to the present invention, in order to suppress the swelling of the secondary battery as in the prior art, a gas generated at the time of charging is exhausted to the outside, and then a charging method for sealing the exterior member (hereinafter referred to as open charging), A process such as a method of charging an uncharged battery in a fixed state with a mold or a jig (hereinafter, referred to as press charging) becomes unnecessary.
[0076]
In the open charging, a countermeasure is necessary because the electrolyte overflows with the gas. The press charging requires complicated steps such as mounting and removing a mold and a jig. Further, in the press charging, since the pressure is forcibly applied, there is a high risk of damaging the battery.
[0077]
Since the pre-charging, gas pressurization, and main charging processes are performed after the exterior member is sealed as in the present invention, it is possible to prevent the electrolyte from overflowing and the occurrence of contamination and corrosion. In addition, since the pressurization is performed with gas, the risk of damaging the battery can be reduced as compared with the press charging.
[0078]
Further, particularly when the exterior member is a metal exterior can attached with a lid having a liquid injection hole, the preliminary charging is performed after the non-aqueous electrolyte is injected into the exterior can through the liquid injection hole. The swelling of the metal outer can can be effectively suppressed by performing the operation under a voltage condition of 3.6 to 3.9 V with the liquid injection hole opened and the liquid injection hole facing upward. .
[0079]
In other words, during the initial charge, hydrogen, methane, ethylene, carbon monoxide and other gases are generated, so charging is performed in a sealed state, that is, in a state of an outer can with a lid attached and its injection hole sealed. When this is done, the internal pressure of the outer can increases, the outer can swells, the thickness of the outer can increases, and the finished thickness of the battery increases. In some cases, the positive electrode and the negative electrode of the electrode group are separated from each other due to gas generation and swelling of the outer can.Therefore, by repeating the charging cycle, the electrodes are twisted due to expansion of the active material of the positive and negative electrodes, and lithium ion secondary In a battery, metallic lithium is deposited between the electrode plates, thereby accelerating deterioration of the discharge capacity of the battery.
[0080]
Therefore, focusing on the peak of gas generation near 3.6 to 3.9 V, the battery is opened at that voltage and pre-charged to release the generated gas upward. Since it is possible to escape through the injected liquid injection hole, swelling of the outer can can be suppressed, and the thickness of the outer can and, consequently, the finished thickness of the battery can be kept within the design dimensions.
[0081]
【Example】
Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail.
[0082]
(Example 1)
<Preparation of positive electrode>
LiCo with an average particle size of 3 μm as a positive electrode active material 0.98 Sn 0.02 O 2 89 parts by weight, 6 parts by weight of graphite (KS6 manufactured by Lonza), 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride (trade name: # 1100 manufactured by Kureha Chemical Co.) as a conductive filler, 25 parts by weight of N-methylpyrrolidone as a solvent , And after uniform shear stirring, the mixture was dispersed using a bead mill to prepare a positive electrode slurry. The apparent viscosity of this slurry was 7,500 mPa · s. Subsequently, this positive electrode slurry is uniformly applied to both sides of a 20 μm-thick strip-shaped aluminum foil serving as a current collector, the solvent is dried, and further subjected to pressure molding by a roll press machine, and then cut into a predetermined size. Thus, a belt-shaped positive electrode was produced. Thereafter, an aluminum external lead having a thickness of 0.1 mm, a width of 5 mm, and a length of 50 mm was attached to one end of the positive electrode current collector by welding.
[0083]
<Preparation of negative electrode>
50 parts by weight of flaky graphite was dispersed in 1.5 parts by weight of carboxymethyl cellulose to prepare a carbon master batch paint. To this dispersion was added 50 parts by weight of a fibrous carbon material, and the mixture was similarly shear-dispersed. Further, 2.4 parts by weight of a styrene-butadiene rubber latex was added, and the mixture was uniformly mixed and stirred to prepare an anode slurry. The apparent viscosity of this slurry was 4500 mPa · s. Subsequently, this negative electrode slurry is uniformly applied to both sides of a 10 μm-thick strip-shaped copper foil serving as a current collector, the solvent is dried, and the resultant is further pressed and formed by a roll press, and then cut into a predetermined size. In this way, a strip-shaped negative electrode was produced. Thereafter, a nickel external lead having a thickness of 0.1 mm, a width of 5 mm, and a length of 50 mm was attached to one end of the current collector of the negative electrode by welding.
[0084]
Next, the order of the positive electrode / separator / negative electrode / separator was established by interposing the strip-shaped positive electrode and the strip-shaped negative electrode through a separator made of a polyethylene microporous film having a thickness of 25 μm, a porosity of 50%, and an air permeability of 300 seconds / 100 cc. , And spirally wound with a core having a flat cross section, and further heated and compressed by a hydraulic press to form a flat electrode body (electrode group).
[0085]
Next, an exterior film material in which a stretched nylon film having a thickness of 25 μm, an aluminum foil having a thickness of 40 μm, and a maleated polypropylene film (sealant film) having a thickness of 70 μm are laminated and bonded in this order via a urethane-based adhesive. Was prepared and heated and pressed from the maleated polypropylene film side of the material using a forming punch and a forming die to form a cup. The melting point of the maleated polypropylene film is 138 ° C. Subsequently, this was cut into a strip shape, and the short side of the cup of the material for the exterior film was bent 180 ° by a molding machine so that the maleated polypropylene film faces inside on the inside. Subsequently, of the sealant film surfaces on both sides facing each other inside the exterior material, plasma is applied to a non-cup-formed portion (a portion other than the cup-formed portion) and a portion to be heated and fused in a later step and the opposed portion. Irradiation treatment was performed. Next, the flat electrode body was vacuum-heated and dried at 60 ° C. to remove water to 300 ppm or less, and then a plasma irradiation treatment was performed on the heat-sealed portions of the external lead surfaces on the positive electrode side and the negative electrode side. Then, the external leads of the positive and negative electrodes were housed in a cup of the exterior film material so as to protrude outside the exterior film material, and a flat material portion was bent so as to overlap the electrode group. In this state, the long side of the exterior film material was pressed for several seconds by a press head heated to 210 ° C. to bond the maleated polypropylene films together to form a seal portion. Further, in a state where the external leads of the exterior film material are extended, an adhesive insulating film that has been subjected to plasma irradiation treatment on at least the surface facing the external leads is inserted between the external leads and the exterior film. Pressed for 5 seconds with a press head heated to 210 ° C. to bond the external leads of the positive and negative electrodes to the adhesive insulating film, the adhesive insulating film to the maleated polypropylene film, and the maleated polypropylene film to form a seal portion. did. These heat sealing sequences may be performed simultaneously or one of them may be performed first.
[0086]
Next, a nonaqueous electrolyte was injected and impregnated under a vacuum of 1 torr or less through the open long side portion of the exterior film material. As the non-aqueous electrolyte, ethylene carbonate / methyl ethyl carbonate / LiPF 6 = 34.9 / 53.11 / 12 (mass ratio) to which 0.5% by weight of trioctyl phosphate (TOP) was added. Thereafter, the unsealed portion is pressurized by a press head (not shown) heated to 210 ° C. for 5 seconds, and the maleated polypropylene films in the portions which have been subjected to the plasma irradiation treatment are bonded to each other to form a sealed portion. Then, the extra non-aqueous electrolyte secondary battery in an uninitialized state was manufactured by cutting and removing an extra exterior film material portion. Subsequently, the secondary battery was placed in an autoclave as a pressure vessel, and dry air was supplied into the pressure vessel to pressurize the secondary battery at a gauge pressure of 0.5 MPa for 10 minutes.
[0087]
Next, preliminary charging was performed for 2 hours at 0.5 C (375 mA) in the air at 20 ° C. Subsequently, the precharged secondary battery is placed in a pressurized container, and then compressed dry air is sent in at room temperature, and is applied at 0.9 MPa (gauge pressure) for 5 hours through the exterior film. Pressed. As a result, the gas generated during the pre-charging was dissolved in the electrolytic solution, and at the same time, minute gaps formed between the exterior film and the electrode body, the positive and negative electrodes, and the separator were crushed. Lastly, the main battery was charged at 20 ° C. under the conditions of 0.2 C (150 mA) and 4.2 V for 8 hours, whereby the non-rated dimensions were 3.8 mm in thickness, 35 mm in width, 62 mm in height, and 750 mAh (0 in 0). .2C) was manufactured.
[0088]
(Comparative Example 1)
A thin non-aqueous electrolyte secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that gas pressurization after pre-charging was not performed.
[0089]
(Comparative Example 2)
A method similar to that of Example 1 except that the main charge is performed in the atmosphere of 20 ° C. at 0.5 C (375 mA) at 4.2 V for 8 hours without performing the precharge and gas pressurization after the precharge. Produced a thin non-aqueous electrolyte secondary battery.
[0090]
<Battery performance test>
With respect to the obtained thin nonaqueous electrolyte secondary batteries of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the thickness and the 0.2 C discharge capacity after full charge (initial charge) were measured. In addition, each secondary battery after the initial charge was charged and discharged at 20 ° C. under the conditions of 1.0 C / 1.0 C (charge condition: 650 mA, 4.2 V, 3 hours, discharge condition: 650 mA, 3.0 V cut-off). The thickness, discharge capacity, and discharge capacity retention rate (retention rate with respect to the initial discharge capacity) after 500 cycles were measured. Table 1 shows the results.
[0091]
[Table 1]
[0092]
As is clear from Table 1, the secondary battery of Example 1 subjected to the pre-charging, gas pressurizing, and main-charging processes was charged under atmospheric pressure without gas pressurizing after the pre-charging. The thickness after full charge and the discharge capacity of the secondary battery of Comparative Example 2 are smaller than those of the secondary battery of Comparative Example 2 which was charged under atmospheric pressure without performing precharge and gas pressurization after precharge. I understand.
[0093]
Further, even after repeating the charge / discharge cycle, the secondary battery of Example 1 subjected to the precharge, gas pressurization, and main charge treatments was charged at atmospheric pressure without gas pressurization after the precharge. The secondary battery of Comparative Example 1 was thinner and had a higher discharge capacity retention ratio than the secondary battery of Comparative Example 2 which was charged under atmospheric pressure without performing precharge and gas pressurization after precharge. You can see that.
[0094]
(Example 2)
A strip-shaped positive electrode, a strip-shaped negative electrode, a separator, and an electrolytic solution similar to those in Example 1 were prepared. Subsequently, the strip-shaped positive electrode and the strip-shaped negative electrode were separated through a separator made of a polyethylene microporous film having a thickness of 20 μm, a porosity of 50%, and an air permeability of 300 seconds / 100 cc, and then forming a positive electrode / separator / negative electrode / separator. The layers were laminated in this order, spirally wound with a core having a flat cross section, heated and compressed by a hydraulic press, and molded to produce a flat electrode body (electrode group).
[0095]
Next, the electrode body was inserted into an aluminum can having a thickness of 20 μm obtained by press-molding an aluminum plate of aluminum alloy A3003. Subsequently, an aluminum lid was prepared in which the negative electrode terminal was hermetically sealed near the center and the electrolyte injection hole was opened, and this negative electrode terminal was attached to the negative electrode of the electrode body in the aluminum can. After connecting the external lead, the lid was welded to the opening of the aluminum can and sealed. Subsequently, the composition of ethylene carbonate / methyl ethyl carbonate / LiPF was the same as that of Example 1 under reduced pressure. 6 = 34.9 / 53.12 / 12 (mass ratio) and an electrolyte solution obtained by adding 0.5% by weight of trioctyl phosphate (TOP) to the mixed solution is injected through the injection hole of the lid. A charged rectangular non-aqueous electrolyte secondary battery was assembled.
[0096]
Next, the secondary battery was precharged for 2 hours at 0.5 C (310 mA) in dry air at 20 ° C. and atmospheric pressure. A part of the gas generated by the preliminary charging was discharged to the outside through the liquid injection hole of the lid. Thereafter, the injection hole of the lid was sealed.
[0097]
Then, after putting the secondary battery after the pre-charging into a pressurized container, compressed air at room temperature is fed into the container and pressurized at 0.9 MPa at a gauge pressure through the aluminum can for 15 hours. did. At this time, the gas generated during the preliminary charging was dissolved in the electrolytic solution, and at the same time, the minute gaps generated between the aluminum can and the electrode body and between the positive and negative electrodes of the electrode body were crushed. Finally, the main battery is charged at 20 ° C. under the conditions of 0.2 C (124 mA) and 4.2 V for 6 hours, so that the dimensions outside the rating are thick. The thickness of the structure shown in FIG. A square nonaqueous electrolyte secondary battery having a length of 4.4 mm, a width of 30 mm, and a height of 48 mm and a 0.2 C discharge capacity of 620 mAh was manufactured.
[0098]
(Example 3)
The electrode body was inserted into the aluminum can, an aluminum lid was welded to the opening of the aluminum can, and an electrolyte having the same composition as in Example 1 was injected under reduced pressure through the injection hole of the lid, After closing the injection hole, non-rated dimensions were 4.4 mm in thickness, 30 mm in width, and 48 mm in height in the same manner as in Example 2 except that precharging was performed at 0.5 C (310 mA) for 2 hours. A rectangular non-aqueous electrolyte secondary battery having a capacity of 620 mAh (0.2 C) was manufactured.
[0099]
(Comparative Example 3)
Except for pre-charging and gas pressurization after pre-charging, the main battery was charged for 6 hours under conditions of 20 ° C., 0.2 C (124 mA) and 4.2 V for 6 hours. A rectangular non-aqueous electrolyte secondary battery having dimensions of thickness 4.4 mm,
[0100]
(Comparative Example 4)
Without performing pre-charging and gas pressurization after pre-charging, main charging is performed for 6 hours under the conditions of 20 ° C., 0.2 C (124 mA) and 4.2 V, and then the secondary battery that has been fully charged is pressurized. After being placed in a container, dry air compressed at room temperature was fed into the container, and pressure was applied at a gauge pressure of 0.9 MPa through the aluminum can for 15 hours, except that the thickness was 4. A square non-aqueous electrolyte secondary battery having a capacity of 620 mAh (0.2 C) having a size of 4 mm, a width of 30 mm and a height of 48 mm was manufactured.
[0101]
<Battery performance test>
With respect to the obtained square nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 2 and 3 and Comparative Examples 3 and 4, the thickness after the main charge and the 0.2 C discharge capacity were measured. In addition, each secondary battery after the initial charge is charged and discharged at 20 ° C. under the conditions of 1.0 C / 1.0 C (charge condition: 620 mA, 4.2 V, 3 hours, discharge condition: 620 mA, 3.0 V cut off). The thickness, discharge capacity and discharge capacity retention after 500 cycles were measured. Table 2 shows the results.
[0102]
[Table 2]
[0103]
As is clear from Table 2, the secondary battery of Example 2 which was subjected to the pre-charging, gas pressurizing, and main-charging treatments was subjected to the atmospheric pressure without performing the pre-charging and the gas pressurizing after the pre-charging. It can be seen that, compared to the charged secondary battery of Comparative Example 3, the thickness after the main charge is smaller and the discharge capacity is larger.
[0104]
The battery of Example 3 which had been subjected to precharging, gas pressurization, and main charging in the sealed state after the injection was precharged with the injection hole opened, and then the injection hole was sealed and gas injection was performed. The secondary battery of Example 2 was slightly thicker and had a smaller discharge capacity than the secondary battery of Example 2 in which the charging was performed and the main charging process was performed, but satisfied the rating.
[0105]
It can be seen that the secondary battery of Comparative Example 4 which was gas-pressurized after the main charge was thicker than the secondary battery of Example 2 which was pressurized before the main charge.
[0106]
Further, even after repeating the charge / discharge cycle, the secondary batteries of Examples 2 and 3 which have been subjected to the precharge, gas pressurization, and main charge processes do not perform the precharge and gas pressurization after the precharge. It can be seen that the thickness is smaller and the discharge capacity retention ratio is higher than the secondary batteries of Comparative Example 3 charged under atmospheric pressure and Comparative Example 4 gas-pressurized after main charging.
[0107]
In the above-described embodiment, the pre-charging is performed in a sealed state. However, although the process is complicated, the pre-charging may be performed in an open state, and then the pre-charging may be performed in a sealed state by a high-pressure gas pressurizing step. .
[0108]
(Example 4)
<Preparation of positive electrode>
First, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) A slurry was prepared by adding 90% by weight of powder, 5% by weight of acetylene black and a solution of 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) in dimethylformamide (DMF) and mixing. This slurry was applied to both surfaces of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and pressed to produce a positive electrode having a structure in which a positive electrode layer was supported on both surfaces of the current collector. In addition, the thickness of the positive electrode layer was 60 μm per side.
[0109]
<Preparation of negative electrode>
Mesophase pitch-based carbon fiber heat-treated at 3000 ° C. as a carbonaceous material (plane spacing (d) determined by powder X-ray diffraction (d) 002 ) Was mixed with 95% by weight of a powder of 0.336 nm) and a solution of 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) in dimethylformamide (DMF) to prepare a slurry. This slurry was applied to both sides of a current collector made of a copper foil having a thickness of 12 μm, dried, and pressed to produce a negative electrode having a structure in which a negative electrode layer was supported on the current collector. The thickness of the negative electrode layer was 55 μm per one side.
[0110]
The spacing d of the (002) plane of the carbon fiber 002 Was determined from the powder X-ray diffraction spectrum by the half-width half-point method. At this time, scattering correction such as Lorentz scattering was not performed.
[0111]
<Separator>
A separator made of a polyethylene microporous membrane having a thickness of 20 μm, a porosity of 50%, and an air permeability of 300 seconds / 100 cc was prepared.
[0112]
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
Ethylene carbonate (EC) / methyl ethyl carbonate (MEC) / lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) = 34.9 / 53.1 / 12 (weight ratio) to prepare a non-aqueous electrolyte in which 0.5% by weight of vinylene carbonate (VC) was added.
[0113]
<Preparation of electrode group>
The positive electrode current collector of the positive electrode is ultrasonically welded to a positive electrode lead made of a band-shaped aluminum foil (thickness: 100 μm), and the negative electrode current collector is ultrasonically welded to a negative electrode lead made of a band-shaped nickel foil (thickness: 100 μm). Then, the positive electrode and the negative electrode are spirally wound therebetween with the separator interposed therebetween, formed into a flat shape, and further heated and compressed by a hydraulic press to form a flat electrode body (electrode group). did.
[0114]
The electrode body was inserted into an aluminum outer can having a wall thickness of 0.25 mm, and a lid having a liquid injection hole opened at the upper end opening of the outer can was laser seam-welded to seal the electrode body.
[0115]
Next, the electrode group in the outer can was subjected to vacuum drying at 85 ° C. for 12 hours to remove water contained in the electrode group and the outer can. Subsequently, after a fixed amount of the non-aqueous electrolyte having the above composition was injected into the electrode group in the outer can through the injection hole of the lid, the injection hole was turned upward to 0.5 C (310 mA) in an inert gas. ) Preliminary charge was performed at 3.7 V for 2 hours. Here, the reaction gas generated in the outer can at the time of charging was discharged to the outside through the liquid injection hole of the lid. Thereafter, a sealing member made of, for example, a rectangular plate made of aluminum was joined to the lid around the injection hole by, for example, ultrasonic welding, and the injection hole was hermetically sealed.
[0116]
Next, after putting the secondary battery, which has been preliminarily charged, into a pressurized container, compressed dry air is sent at room temperature, and the outer can with lid is subjected to gassing at 0.5 MPa (gauge pressure) for 24 hours. Pressure was applied. As a result, the gas generated during the pre-charging was dissolved in the electrolytic solution, and at the same time, minute gaps formed between the outer can and the electrode group, and between the positive and negative electrodes of the electrode group and the separator were crushed. Finally, at 20 ° C., the battery was fully charged for 10 hours under the conditions of 0.2 C (124 mA) and 4.2 V, and the dimensions outside the rating were 4.4 mm in thickness, 30 mm in width, 48 mm in height, and the capacity was 620 mAh ( 0.2C) was manufactured.
[0117]
(Example 5)
A prismatic nonaqueous electrolyte secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the gas pressurization after the preliminary charge was performed at 5 MPa (gauge pressure) for 12 hours.
[0118]
(Example 6)
A prismatic nonaqueous electrolyte secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the gas pressurization after the preliminary charge was performed at 10 MPa (gauge pressure) for 4 hours.
[0119]
(Example 7)
A prismatic nonaqueous electrolyte secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the gas pressurization after the preliminary charge was performed at 15 MPa (gauge pressure) for 1 hour.
[0120]
(Comparative Example 5)
A prismatic nonaqueous electrolyte secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 4, except that gas pressurization was not performed after the preliminary charge.
[0121]
<Battery performance test>
With respect to the obtained square nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 4 to 7 and Comparative Example 1, the thickness after the main charge and the 0.2 C discharge capacity were measured. In addition, each secondary battery after the main charge was charged and discharged at 20 ° C. under the condition of 1.0 C / 1.0 C (charge condition: 620 mA, 4.2 V, 3 hours, discharge condition: 620 mA, 3.0 V cut off). The discharge capacity retention rate after 500 cycles (retention rate with respect to the initial discharge capacity) was measured. The results are shown in Table 3 below.
[0122]
[Table 3]
[0123]
As is clear from Table 3, the secondary batteries of Examples 4 to 7 which were subjected to the main charge treatment after gas pressurization after the preliminary charge were charged without performing gas pressurization after the preliminary charge of Comparative Example 5 It can be seen that the thickness after the main charge is smaller and the discharge capacity is larger as compared to
[0124]
In addition, even after 500 charge / discharge cycles of 1C / 1C at 20 ° C. were repeated, the thickness was small and the discharge capacity retention ratio was high.
[0125]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, a method for manufacturing a battery having a small thickness, a large initial discharge capacity and a large discharge capacity after repeated charge and discharge cycles, A battery can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a manufacturing process of a thin nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a manufacturing process of the thin non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 3;
FIG. 5 is a perspective view showing a manufacturing process of the thin nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.
FIG. 6 is a partially cutaway perspective view showing a prismatic non-aqueous electrolyte secondary battery using an aluminum outer can for the outer member of the present invention.
[Explanation of symbols]
3, 26 ... positive electrode, 4, 25 ... separator, 7, 24 ... negative electrode, 8, 23 ... electrode body, 9, 10 ... external lead, 11 ... material for exterior film, 12 ... cup, 16 ... adhesive insulating film, 17a, 17b, 17c: sealing part, 18: exterior film, 21: aluminum exterior can, 28: lid, 29: liquid injection hole, 30: sealing member, 31: negative electrode terminal.
Claims (7)
前記予備充電した密封状態の電池を高圧力の気体により加圧する工程と、
加圧後の電池を本充電する工程と
を含むことを特徴とする電池の製造方法。A step of pre-charging an uncharged battery containing a power generation element having a positive electrode, a negative electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte in an exterior member,
Pressurizing the precharged sealed battery with a high-pressure gas;
And a step of fully charging the pressurized battery.
前記予備充電は、前記非水電解液を前記注液孔を通して前記外装缶内に注液した後で前記注液孔が開放され、その注液孔が上に向いた状態にて3.6〜3.9Vの電圧条件でなされることを特徴とする請求項1記載の電池の製造方法。The exterior member is a metal exterior can attached with a lid having a liquid injection hole, and the preliminary charging is performed after the non-aqueous electrolyte is injected into the external can through the liquid injection hole. 2. The method for producing a battery according to claim 1, wherein the liquid injection hole is opened at a voltage condition of 3.6 to 3.9 V with the liquid injection hole facing upward.
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