図面 (/)

技術 非水電解液電池の製造方法および電極体乾燥装置

出願人 株式会社デンソー
発明者 原田徹羽深清一上嶋啓史
出願日 2002年1月23日 (19年0ヶ月経過) 出願番号 2002-014160
公開日 2003年7月31日 (17年6ヶ月経過) 公開番号 2003-217672
状態 特許登録済
技術分野 固体の乾燥 電池の電槽・外装及び封口 二次電池(その他の蓄電池)
主要キーワード 自動調整器 多孔質処理 巻回芯 雰囲気ガス量 略シート状 誘導過熱 正負端子 ケース内壁
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2003年7月31日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

より簡便な設備で達成できる非水電解液電池の製造方法を提供すること。

解決手段

本発明の非水電解液電池の製造方法は、電極体形成工程と、電極体挿入工程と、非水電解液注入工程と、を有する非水電解液電池の製造方法であって、電極体形成工程と非水電解液注入工程との間に、誘導加熱により電極体を加熱して電極体を乾燥させる電極体乾燥工程を有することを特徴とする。また、本発明の電極体乾燥装置は、誘導加熱により電極体を加熱して乾燥させる乾燥装置である。本発明の非水電解液電池の製造方法は、誘導加熱により電極体の内部から加熱を行うことができるため、電極体の乾燥に要するコストを低減できる。

概要

背景

近年、携帯機器駆動用電源として、より軽量・小型化を図ることのできる二次電池への要望が高くなってきている。この二次電池のなかでも、非水電解液二次電池、特にリチウム二次電池高電圧高エネルギー密度を有する電池として期待が大きい。

一般的に、リチウム二次電池は、帯状の正極および帯状の負極を多孔質材料からなるセパレ−タを介して巻回等により積層した積層電極体と、有機溶媒電解質を溶解した電解液とをケース内収納することによって構成される。

リチウム二次電池等の非水電解液電池において使用される電解質は水分との反応性が高いので、電池の製造工程は水分が電解液内に侵入しないように、電池内に収納される電極およびその他の材料についても充分な乾燥処理を施した上で電池の製造が行われている。

具体的には、従来の非水電解液電池の製造方法では、電極等への水分の除去もしくは再吸着の抑制をする目的で、正極および負極を所定の厚みおよび幅に加工する前後において高温で乾燥処理が行われる。その後、ドライルームなどの乾燥室内搬入され、乾燥室内において、巻回、ケース内への収納、電解液の注入ケース密閉封止等の主要工程が行われる。

また、非水電解液は、水溶媒系電解液と比較して粘度が高いので、ケース内に注入するときに加温することで低粘度化する方法が特開平10−284121で提案されている。

詳しくは、特開平10−284121には、Li含有複合酸化物からなる正極と炭素質材料からなる負極を用いた電池であり、帯状に形成した正極板および帯状に形成した負極板を多孔質材料からなるセパレ−タを介して巻回し渦巻極板群エチレンカーボネート等の環状エステル類重量比30%以上含む電解液とが電池缶内に収納されてなる非水電解液二次電池の製造において30℃〜50℃に加温した電解液と極板群を用いることによって電解液の極板群中への浸透を促進させることを特徴とする非水電解液二次電池の製造法が開示されている。

すなわち、この製造法においても、加温設備ドライルーム内に設置する必要がある。

概要

より簡便な設備で達成できる非水電解液電池の製造方法を提供すること。

本発明の非水電解液電池の製造方法は、電極体形成工程と、電極体挿入工程と、非水電解液注入工程と、を有する非水電解液電池の製造方法であって、電極体形成工程と非水電解液注入工程との間に、誘導加熱により電極体を加熱して電極体を乾燥させる電極体乾燥工程を有することを特徴とする。また、本発明の電極体乾燥装置は、誘導加熱により電極体を加熱して乾燥させる乾燥装置である。本発明の非水電解液電池の製造方法は、誘導加熱により電極体の内部から加熱を行うことができるため、電極体の乾燥に要するコストを低減できる。

目的

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、より簡便な設備で達成できる非水電解液電池の製造方法を提供することを解決すべき課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

正極集電体と該正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極合剤層とを有する正極と、負極集電体と該負極集電体上に形成された負極活物質を含む負極合剤層とを有する負極と、該正極および該負極の間に挟持されたセパレータと、を重ね合わせて電極体を形成する電極体形成工程と、該電極体をケース内に挿入する電極体挿入工程と、該ケース内に非水電解液注入する非水電解液注入工程と、を有する非水電解液電池の製造方法であって、該電極体形成工程と該非水電解液注入工程との間に、誘導加熱により該電極体を加熱して該電極体を乾燥させる電極体乾燥工程を有することを特徴とする非水電解液電池の製造方法。

請求項2

前記電極体乾燥工程は、前記ケース内に前記電極体が挿入された状態で前記誘導加熱が行われる請求項1記載の非水電解液電池の製造方法。

請求項3

前記電極体乾燥工程は、減圧下で前記電極体を加熱する工程である請求項1〜2記載の非水電解液電池の製造方法。

請求項4

前記誘導加熱は、前記電極体をワークコイル軸芯部に同軸に保持した状態で該ワークコイルに通電することで行われる請求項1〜3記載の非水電解液電池の製造方法。

請求項5

前記誘導加熱は、前記ワークコイルの両端部にフェライトコアが配された状態で行われる請求項1〜3記載の非水電解液電池の製造方法。

請求項6

前記ケースは、非磁性体よりなる請求項2〜5記載の非水電解液電池の製造方法。

請求項7

正極と、負極と、該正極および該負極の間に挟持されたセパレータとを重ね合わせて形成された電極体を誘導加熱を用いて加熱して該電極体を乾燥させる電極体乾燥装置であって、乾燥させられる電極体を軸芯部に保持するワークコイルと、該ワークコイルの両端部に配され該電極体を透過する磁界を形成するフェライトよりなる一対のコアと、を有し、該コアが、該ワークコイルの軸芯部に挿入されかつ端面が該電極体の端面と近接した状態で対向する内部突出部と、該ワークコイルの外周部に該ワークコイルの軸方向と平行な方向に突出して形成された外部突出部と、を有することを特徴とする電極体乾燥装置。

請求項8

前記コアは、複数の前記外部突出部を有する請求項7記載の電極体乾燥装置。

請求項9

一対の前記コアが前記ワークコイルの端部に配されたときに、各該コアの前記外部突出部が同一直線上に配される請求項7〜8記載の電極体乾燥装置。

請求項10

前記電極体の雰囲気を減圧する減圧手段を有する請求項7〜9記載の電極体乾燥装置。

請求項11

前記電極体は、ケースに収容された状態で前記ワークコイルの軸芯部に保持される請求項7〜10記載の電極体乾燥装置。

請求項12

前記ワークコイルに通電される誘導電流を調節するIHインバータと、該IHインバータを制御する制御装置とを有する制御手段を有する請求項7〜11記載の電極体乾燥装置。

技術分野

0001

本発明は、電解液非水電解液を使用した非水電解液電池の製造方法および非水電解液電池用電極体を乾燥させる電極体乾燥装置に関する。

背景技術

0002

近年、携帯機器駆動用電源として、より軽量・小型化を図ることのできる二次電池への要望が高くなってきている。この二次電池のなかでも、非水電解液二次電池、特にリチウム二次電池高電圧高エネルギー密度を有する電池として期待が大きい。

0003

一般的に、リチウム二次電池は、帯状の正極および帯状の負極を多孔質材料からなるセパレ−タを介して巻回等により積層した積層電極体と、有機溶媒電解質を溶解した電解液とをケース内収納することによって構成される。

0004

リチウム二次電池等の非水電解液電池において使用される電解質は水分との反応性が高いので、電池の製造工程は水分が電解液内に侵入しないように、電池内に収納される電極およびその他の材料についても充分な乾燥処理を施した上で電池の製造が行われている。

0005

具体的には、従来の非水電解液電池の製造方法では、電極等への水分の除去もしくは再吸着の抑制をする目的で、正極および負極を所定の厚みおよび幅に加工する前後において高温で乾燥処理が行われる。その後、ドライルームなどの乾燥室内搬入され、乾燥室内において、巻回、ケース内への収納、電解液の注入ケース密閉封止等の主要工程が行われる。

0006

また、非水電解液は、水溶媒系電解液と比較して粘度が高いので、ケース内に注入するときに加温することで低粘度化する方法が特開平10−284121で提案されている。

0007

詳しくは、特開平10−284121には、Li含有複合酸化物からなる正極と炭素質材料からなる負極を用いた電池であり、帯状に形成した正極板および帯状に形成した負極板を多孔質材料からなるセパレ−タを介して巻回し渦巻極板群エチレンカーボネート等の環状エステル類重量比30%以上含む電解液とが電池缶内に収納されてなる非水電解液二次電池の製造において30℃〜50℃に加温した電解液と極板群を用いることによって電解液の極板群中への浸透を促進させることを特徴とする非水電解液二次電池の製造法が開示されている。

0008

すなわち、この製造法においても、加温設備ドライルーム内に設置する必要がある。

発明が解決しようとする課題

0009

しかしながら、従来の非水電解液電池の製造方法では、製造工程において高価なドライルーム施設が必要となるばかりか、電極乾燥後の多くの工程における水分管理に要する労力も甚大となってしまう。

0010

また、ドライルーム中への加温設備の導入は、ドライルームの規模を大きくするので、一層のコスト増の要因となる。

0011

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、より簡便な設備で達成できる非水電解液電池の製造方法を提供することを解決すべき課題とする。

課題を解決するための手段

0012

本発明者らは、上記課題を解決する目的で鋭意研究を行った結果、以下の発明を行った。

0013

すなわち、本発明の非水電解液電池の製造方法は、正極集電体と正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極合剤層とを有する正極と、負極集電体と負極集電体上に形成された負極活物質を含む負極合剤層とを有する負極と、正極および負極の間に挟持されたセパレータと、を重ね合わせて電極体を形成する電極体形成工程と、電極体をケース内に挿入する電極体挿入工程と、ケース内に非水電解液を注入する非水電解液注入工程と、を有する非水電解液電池の製造方法であって、電極体形成工程と非水電解液注入工程との間に、誘導加熱により電極体を加熱して電極体を乾燥させる電極体乾燥工程を有することを特徴とする。

0014

つまり、本発明の非水電解液電池の製造方法は、電極体乾燥工程を電極体の形成後に行うことによって、従来のように、正極、負極等を加工する前後において乾燥処理を行う乾燥工程、これら乾燥後の正極等を電極体に形成する際にドライルーム等の乾燥室内に搬送する工程を一括して行うことができる。さらに、電極体乾燥工程が誘導加熱により行われることで、電極体の内部から均一に加熱できるため、加熱ムラによる活物質失活が抑えられる。したがって、乾燥工程を簡略化することができ、設備も簡素化することができる。

0015

本発明の電極体乾燥装置は、正極と、負極と、正極および負極の間に挟持されたセパレータとを重ね合わせて形成された電極体を誘導加熱を用いて加熱して電極体を乾燥させる電極体乾燥装置であって、乾燥させられる電極体を軸芯部に保持するワークコイルと、ワークコイルの両端部に配され電極体を透過する磁界を形成するフェライトよりなる一対のコアと、を有し、コアが、ワークコイルの軸芯部に挿入されかつ端面が電極体の端面と近接した状態で対向する内部突出部と、ワークコイルの外周部にワークコイルの軸方向と平行な方向に突出して形成された外部突出部と、を有することを特徴とする。

0016

本発明の電極体乾燥装置は、通常の誘導加熱装置では困難であった非磁性体集電体に用いている電極体を加熱することができる。この結果、本発明の電極体乾燥装置を用いることで、乾燥に要するコストが軽減されるため、非水電解液電池の製造を簡便に行うことができる効果を有する。

発明を実施するための最良の形態

0017

(非水電解液電池の製造方法)本発明の非水電解液電池の製造方法は、正極集電体と正極集電体上に形成された正極活物質を含む正極合剤層とを有する正極と、負極集電体と負極集電体上に形成された負極活物質を含む負極合剤層とを有する負極と、正極および負極の間に挟持されたセパレータと、を重ね合わせて電極体を形成する電極体形成工程と、電極体をケース内に挿入する電極体挿入工程と、ケース内に非水電解液を注入する非水電解液注入工程と、を有する。すなわち、これらの工程を有する本発明の非水電解液電池の製造方法を施すことで、非水電解液電池を製造できる。

0018

本発明の非水電解液電池の製造方法は、電極体形成工程と非水電解液注入工程との間に、誘導加熱により電極体を加熱して電極体を乾燥させる電極体乾燥工程を有する。

0019

一般に、誘導過熱は、急速加熱ができる、電気エネルギーを直接材料に投入できるためエネルギー効率に優れる、局部加熱ができる、温度制御が容易である、無酸素加熱である、などの特徴を有している。

0020

電極体乾燥工程において電極体に誘導加熱を施すと、正極および負極の集電体が発熱し、この熱により電極体が加熱される。

0021

すなわち、電極体乾燥工程において誘導過熱を施すことで、電極体の内部を加熱することができる。電極体を内部から加熱することで、電極体の内部に存在する水分を容易に取り除くことができる。さらに、誘導加熱は、電極体の全体を均一に加熱することができる。すなわち、乾燥時の加熱における加熱ムラがなくなるため、局部的な過熱による活物質の失活を抑えることができる。

0022

一方、ヒーターを用いて電極体の加熱を行うと、電極体の外表面から温度が上昇するため、内部が所望の乾燥温度に到達するためには時間がかかっていた。さらに、電極体の内部と外表面との温度差が加熱ムラによる局部的な過熱を引き起こし、電極の活物質を失活させる。活物質の失活は、電極体の性能の低下を引き起こし、結果として、非水電解液電池の性能を低下させる。

0023

電極体乾燥工程は、ケース内に電極体が挿入された状態で誘導加熱が行われることが好ましい。すなわち、乾燥した電極体をケース内に収納する手間を省くことができるとともに、誘導加熱により電極体を加熱することでケース内壁に付着した水分を乾燥・除去することができるからである。

0024

電極体乾燥工程は、減圧下で電極体を加熱する工程であることが好ましい。すなわち、減圧下で乾燥すると同温度においては乾燥が速やかに進むと共に、乾燥温度を低下させることができるからである。このため、加熱温度が低下することで、電極体が過熱することが防止できる。減圧下で電極体を加熱するときの減圧された圧力は、低ければ低いほどよい。すなわち、圧力が低くなればなるほど、加熱温度を低くすることができ、電極体が過熱することが防止できるためである。より好ましくは、真空雰囲気である。

0025

また、ケース内に電極体が挿入された状態で誘導加熱が施されるときには、ケース内を減圧することで、減圧下で加熱することができる。この場合は、ケース内のみを減圧するため、除去する雰囲気ガス量を減らすことができ、減圧雰囲気の製造に要するコストを低下できる。

0026

誘導加熱は、電極体をワークコイルの軸芯部に同軸に保持した状態でワークコイルに通電することで行われることが好ましい。電極体をワークコイルの軸芯部に同軸に保持した状態でワークコイルに通電することで、電極体を過熱乾燥できる。ワークコイルに誘導電流を通電すると、磁束が発生する。この磁束の中に電極体を配することで、電極体の内部に磁束と直交する方向にうず電流が発生する。電極体の内部をうず電流が流れるときの電気抵抗によりジュール熱が発生し、電極体が昇温する。

0027

誘導加熱は、ワークコイルの両端部にフェライトコアが配された状態で行われることが好ましい。ワークコイルの両端部にフェライトコアが配された状態で誘導過熱が行われることで、ワークコイルの軸芯部に磁束を集中でき、電極体の昇温を効率よく行うことができる。

0028

さらに、フェライトコアをワークコイルの両端部に配してワークコイルの軸芯部に磁束を集中できることで、通常のリチウム電池の電極体を加熱乾燥させることができる。すなわち、従来のリチウム電池の電極体には、正極の集電体にアルミニウムが、負極の集電体に銅が用いられていた。これらの金属は非磁性体であり、誘導加熱による加熱が難しかった。

0029

フェライトコアは、ワークコイルの軸芯部に電極体が配されたときに、電極体の軸方向の端面に近接した状態で対向する内部突出部を有することが好ましい。フェライトコアが内部突出部を有することで磁束が電極体を透過するようになり、電極体を加熱することができる。ここで、フェライトコアの内部突出部の端面と電極体の端面とは、近ければ近いほどよく、両端面が当接することがより好ましい。

0030

ケースは、非磁性体よりなることが好ましい。ケースが非磁性体よりなることで、ケースを磁束が透過できる。このため、ケースの内部に電極体を挿入した状態で誘導加熱による電極体の加熱を行うことができる。

0031

本発明の製造方法において、誘導電流は、30〜100kHzであることが好ましい。30〜100kHzの誘導電流が印加されることで、リチウム電池の電極体でも加熱することができる。すなわち、非磁性体である銅とアルミニウムとを集電体として有する電極体を加熱することができる。なお、本発明の製造方法においては、非磁性体である銅とアルミニウムとを集電体として有する電極体を加熱すると、少なくとも銅が発熱する。

0032

本発明の製造方法により製造される非水電解液電池は特に限定されるものではない。すなわち、水分の混入を避ける必要のある非水電解液を有する非水電解液二次電池の製造に、本発明の製造方法を適用することができる。

0033

本発明の非水電解液電池の製造方法を、リチウムイオン二次電池の製造方法に基づいて説明する。なお、図は模式図であり、寸法・形態等は精確なものではない。

0034

リチウムイオン二次電池は、正極活物質としてリチウムイオン吸蔵および放出可能なリチウム金属複合酸化物正極活物質層としてもつ正極と、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な負極とを有するリチウムイオン二次電池である。

0035

本実施形態のリチウムイオン二次電池は、その形状には特に制限を受けず、コイン型円筒型、角型等、種々の形状の電池として使用できる。本実施形態では、図1に示すような円筒型のリチウムイオン二次電池に基づいて説明を行う。

0036

図1は、本実施形態における円筒型のリチウムイオン二次電池の部分切開図を示す。本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極1および負極2をシート形状として両者をセパレータ4を介して積層し渦巻き型に多数回巻回した巻回体型電極体を空隙を満たす電解液3とともに所定の円筒状のケース7内に収納したものである。正極1と正極端子部5とについて、そして負極2と負極端子部6とについては、それぞれ電気的に接合されている。

0037

巻回型電極体は、正極1と負極2とセパレータ4とからなり、正極1および負極2をシート形状として両者をセパレータ4を介して積層し渦巻き型に多数回巻回したものである。

0038

ここで、非水電解液電池の電極体の形態は、特に限定されるものではなく、円筒形の巻回型電極体のほか、角形巻回型電極体や電極が巻回されておらず、複数枚の正極および負極がセパレータを介して積層された積層型電極体でも良い。

0039

本発明の製造方法において、電極体形成工程は、正極1と負極2と正極1および負極2の間に狭持されたセパレータ4とを重ね合わせて電極体を形成する工程である。

0040

具体的には、正極1、負極2およびセパレータ4の端部を巻回芯に取り付け、その巻回芯に正極1等を巻き付けていくことにより巻回型電極体を形成できる。

0041

また、形成された電極体の正極側と負極側からはそれぞれ正極端子部5および負極端子部6に接続する必要があるがその接続は電極体形成工程の前後を問わずに行える。たとえば、電極体を形成する前の正極1および負極2に端子部5、6と接続するリード13、23を接続してもよいし、電極体を形成中もしくは形成後に接続してもよい。

0042

正極1は、リチウムイオンを充電時には放出し、かつ放電時には吸蔵することができるリチウム−金属複合酸化物を正極活物質にもつ。リチウム−金属複合酸化物は、電子とリチウムイオンの拡散性能に優れるなど活物質の性能に優れる。そのため、このようなリチウムおよび遷移金属の複合酸化物を正極活物質に用いれば、高い充放電効率と良好なサイクル特性とが得られる。さらに正極1は、正極活物質、導電材および結着材を混合して得られた正極合材12が集電体11に塗布されてなるものを用いることが好ましい。

0043

正極活物質には、リチウム−金属複合酸化物であれば特に限定されるものではなく、公知の活物質を用いることができる。たとえば、Li(1-X)NiO2、Li(1-X)MnO2、Li(1-X)Mn2O4、Li(1-X)CoO2や、各々にLi、Al、そしてCr等の遷移金属を添加または置換した材料等が挙げられる。なお、正極活物質としては、1種類の物質を単独で用いる場合に限定されず、複数の物質を混合して用いてもよい。そして、この正極活物質の例示におけるXは0〜1の数を示す。

0044

負極2は、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出することができれば、その材料構成で特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。特に、負極活物質、導電材および結着剤を混合して得られた負極合材22が集電体21に塗布されてなるものを用いることが好ましい。負極活物質としては、その活物質の種類で特に限定されるものではなく、公知の負極活物質を用いることができる。中でも、結晶性の高い天然黒鉛人造黒鉛などの炭素材料は、リチウムイオンの吸蔵性能および拡散性能に優れるなど活物質の性能に優れる。そのため、このような炭素材料を負極活物質に用いれば、高い充放電効率と良好なサイクル特性とが得られる。さらには、負極2として金属リチウムもしくはリチウム合金を使用することが電池容量の観点からは、より好ましい。

0045

セパレータ4は、正極1および負極2を電気的に絶縁し、電解液3を保持し、正極1および負極2間の導通を確保する役割を果たすものであり、セパレータ4を構成する素材は、絶縁性が高いことが好ましく、かつ、イオンの透過を妨げない程度の分子間の隙間または孔を有することが好ましい。たとえばセパレータ4としては、融点が100℃以上の微多孔質膜を用いることが好ましい。

0046

セパレータ4は、正極1と負極2との絶縁をより確実に担保するため、正極1および負極2の大きさよりもさらに大きいものとするのが好ましい。

0047

電極体乾燥工程は、誘導加熱により電極体を加熱し、電極体の内部の水分を除去する工程である。電極体乾燥工程において電極体が乾燥することで、乾燥した電極体が得られる。

0048

電極体挿入工程は、電極体をケース7内に挿入する工程である。

0049

ケース7の形状、材質としては、本発明の適用において特に限定されない。一般的には、形状としては、円筒形や角形がよく知られている。また、材質は、内部の非水電解液しての電解液3との関係で電気的化学的に安定な材質であることが必要である。本発明の製造方法においては、ケースは非磁性体よりなることが好ましい。

0050

また、ケース7は密封性、絶縁性等を保つために、ケース7と、蓋71および正負端子部5、6との間にガスケット72が狭持されている。ガスケット72は、ケースと端子部5、6の間の電気的な絶縁と、ケース7内の密閉性とを担保するものである。ガスケット72としては、たとえば、電解液3にたいして、化学的、電気的に安定であるポリプロピレンのような高分子等から構成できる。

0051

非水電解液注入工程は、ケース7内に非水電解液としての電解液3を注入する工程である。

0052

電解液3は、有機溶媒に電解質を溶解させたものである。

0053

有機溶媒は、通常リチウムイオン二次電池の電解液の用いられる有機溶媒であれば特に限定されるものではなく、例えば、カーボネート化合物ラクトン化合物エーテル化合物スルホラン化合物ジオキソラン化合物ケトン化合物ニトリル化合物ハロゲン化炭化水素化合物等を挙げることができる。

0054

具体的には、ジメチルカーボネートメチルエチルカーボネートジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートエチレングリコールジメチルカーボネート、プロピレングリコールジメチルカーボネート、エチレングリコールジエチルカーボネート、ビニレンカーボネート等のカーボネート類、γ−ブチルラクトン等のラクトン類ジメトキシエタンテトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランテトラヒドロピラン、1,4−ジオキサンなどのエーテル類スルホラン、3−メチルスルホラン等のスルホラン類、1.3−ジオキソラン等のジオキソラン類、4−メチル2−ペンタノン等のケトン類アセトニトリルピロピオニトリル、パレロニトリル、ベンソニトリル等のニトリル類、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、その他のメチルフォルメート、ジメチルホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等が挙げられ、これらを単独で、または、これらから選ばれる複数の有機溶媒を混合した混合物であっても良い。

0055

例に挙げたこれらの有機溶媒のうち、特に、カーボネート類、エーテル類からなる群より選ばれた一種以上の非水溶媒を用いることにより、電解質の溶解性誘電率および粘度において優れ、電池の充放電効率も高いので、好ましい。また、後述する電解液を注入する際の容易さから引火点の高いものが好ましい。特に、引火点が70℃以上の電解液とすることが好ましい。引火点を向上する方法としては、たとえば、リン酸エステルを混合することで達成できる。

0056

電解質は、その種類が特に限定されるものではないが、LiPF6、LiBF4、LiClO4及びLiAsF6から選ばれる無機塩、該無機塩の誘導体、LiSO3CF3、LiC(SO3CF3)2およびLiN(SO3CF3)3から選ばれる有機塩、並びに該有機塩の誘導体の少なくとも1種であることが好ましい。

0057

この電解質により、電池性能をさらに優れたものとすることができ、かつその電池性能を室温以外の温度域においてもさらに高く維持することができる。

0058

電解質の濃度についても特に限定されるものではなく、用途に応じ、電解質および有機溶媒の種類を考慮して適切に選択することが好ましい。

0059

また、本発明の製造方法において、非水電解液注入工程は、電極体の温度が所定温度まで冷却した後に行うことが好ましい。電解液3の粘度は、温度が高くなるにつれて低くなるので、高温で注入するとより早く電解液3がケース7内および電極体内に浸透する。ここで、所定温度とは、特に限定するものではないができるだけ高温とすることが電解液3の粘度低下の観点から好ましい。しかしながら、あまりに高温として、電解液3に用いられた有機溶媒の引火点以上とすると引火防止のための設備投資が必要となるので好ましくは用いられた有機溶媒の引火点以下とする。たとえば、エチレンカーボネート、ジエチレンカーボネートを有機溶媒として用いるときは70℃以下とすることが好ましい。

0060

(電極体乾燥装置)本発明の電極体乾燥装置は、正極と、負極と、正極および負極の間に挟持されたセパレータとを重ね合わせて形成された電極体を誘導加熱を用いて加熱して電極体を乾燥させる電極体乾燥装置である。すなわち、誘導加熱により電極体を加熱することで、電極体の内部に残留する水分を電極体から取り除くことができる。

0061

本発明の電極体乾燥装置は、乾燥させられる電極体を軸芯部に保持するワークコイルと、ワークコイルの両端部に配され電極体を透過する磁界を形成するフェライトよりなる一対のコアと、を有し、コアが、ワークコイルの軸芯部に挿入されかつ端面が電極体の端面と近接した状態で対向する内部突出部と、ワークコイルの外周部にワークコイルの軸方向と平行な方向に突出して形成された外部突出部と、を有する。コアが、内部突出部と外部突出部とを有することで、ワークコイルの軸芯部に保持された電極体に、ワークコイルから生じた磁束が集中するようになる。このため、電極体を誘導加熱により昇温させることが可能となる。

0062

なお、コアの内部突出部の端面と電極体の端面とは、近ければ近いほどよく、両端面が当接することがより好ましい。

0063

コアは、複数の外部突出部を有することが好ましい。外部突出部を複数有することで、ワークコイルが磁界を発生したときにワークコイルの外周部の磁束を補足でき、ワークコイルの軸芯部の磁束密度を高くすることができる。

0064

一対のコアがワークコイルの端部に配されたときに、各コアの外部突出部が同一直線上に配されることが好ましい。一対の外部突出部が同一直線上に配されることで、ワークコイルの軸芯部の磁束密度を高くすることができる。すなわち、外部突出部を透過した磁束が、対向した外部突出部に補足されるようになるため、ワークコイルの系の外部に磁界が形成されなくなり、ワークコイルにおいて形成した磁力が電極体の加熱にロスなく用いられるようになる。

0065

一対の外部突出部は、その先端部の距離が近接していることが好ましく、両先端部が当接していることがより好ましい。

0066

電極体の雰囲気を減圧する減圧手段を有することが好ましい。減圧手段を有することで、電極体を加熱して乾燥するときの加熱温度を低下させることができる。加熱温度を低下することで、過熱による活物質の失活を抑えることができる。

0067

電極体は、ケースに収容された状態でワークコイルの軸芯部に保持されることが好ましい。すなわち、乾燥した電極体をケース内に収納する手間を省くことができるとともに、誘導加熱により電極体を加熱することでケース内壁に付着した水分を乾燥・除去することができる。

0068

ワークコイルに通電される誘導電流を調節するIHインバータと、IHインバータを制御する制御装置とを有する制御手段を有することが好ましい。制御手段を有することで、誘導電流を制御でき、電極体の乾燥を最適な条件とすることができる。

0069

本発明の電極体乾燥装置は、コアがワークコイルの軸芯部に磁束を収束させているため、従来のリチウム電池の電極体を加熱することができる。従来のリチウム電池の電極体は、正極集電体にアルミニウムが負極集電体に銅が用いられ、通常の誘導加熱による加熱は困難となっていた。

0070

以下、実施例を用いて本発明を説明する。

0071

(実施例)本発明の実施例として、電極体乾燥装置を作製し、この電極体乾燥装置を用いてリチウム電池を製造した。

0072

(電極体乾燥装置)電極体乾燥装置は、図2にその主な構成が示された誘導加熱装置である。

0073

詳しくは、電極体乾燥装置は、最大でDC100V、30Aの電力を供給する電源91と、電源91からの電流交流に変換して誘導電流とする共振周波数自動調整器92と、誘導電流の調整を行うトランス93と、トランス93により調整された誘導電流により誘導加熱を行う加熱部8と、トランス93の入力側および出力側にもうけられたコンデンサ部94と、回路中を流れる電流を測定するセンサーSと、から構成される。

0074

電源91は、AC200Vの交流電流の入力を、最大でDC100V、30Aの直流電流として出力する装置である。

0075

共振周波数自動調整器92は、電源91から供給された電力を交流電流に変換するIHインバータ部と、IHインバータ部から供給される交流電流の周波数を30〜100kHzの範囲内の所定の値になるようにIHインバータ部を制御する制御部と、を有し、加熱部8の加熱コイル81に供給される誘導電流を調整する。また、制御部は、電流値が最小になるように制御を行う。

0076

トランス93は、誘導電流の電圧の降下および電圧の増加を行う。

0077

コンデンサ部94は、トランス93の入力側および出力側の両部にもうけられたコンデンサ941、942とからなる。

0078

トランス93の入力側にもうけられたコンデンサ941は、誘導電流中の直流電流のみをカットする。コンデンサ941は、300V3.5μFのコンデンサを10個並列に接続して形成された。

0079

トランス93の出力側にもうけられたコンデンサ942は、共振系時定数の調整を行う。このコンデンサ942は、加熱コイル81の種類により決定される。すなわち、導線らせん状に巻回して形成された加熱コイルのときには、コンデンサ942は、2000V0.0056μFのコンデンサを9個並列に接続したものが用いられる。また、断面が略U字型の加熱コイルのときには、コンデンサ942は、300V3.5μFのコンデンサが用いられる。

0080

加熱部8は、軸芯部に電池ケース内に収容された電極体を保持するとともに誘導電流により誘導加熱を行う加熱コイル81と、加熱コイル81の両端部に配され加熱コイル81において生じた磁力を集積するフェライトよりなるコア82と、電池ケース内を減圧する真空ポンプ(図示せず)と、を有する。加熱部8の構成がわかるように、加熱部8の断面を図3に示した。

0081

加熱コイル81は、φ3mmの導線を券回して形成された。この加熱コイル81には、導線をらせん状に券回して形成されたソレノイドコイルと、発生する磁界の向きが一定となるように導線を略シート状に配して形成されかつ形成されたシートを断面が略U字状になるように曲成された略U字型の加熱コイルと、がある。

0082

コア82は、加熱コイル81の軸芯部に挿入されかつ端面が電極体の端面と近接した状態で対向する内部突出部821と、加熱コイル81の外周部に加熱コイル81の軸方向と平行な方向に突出して形成された外部突出部822と、を有する。

0083

真空ポンプ(図示せず)は、電池ケース7の内部に電解液3を注液する電解液注入用開口部711に接続され、電池ケース7の内部の空気を排出する。

0084

センサーSは、回路中を流れる電流を測定する。このセンサーSとして、共振周波数自動調整器92とトランス93との間にもうけられた電流計S1と、トランス93の入力側および出力側にもうけられ駆動電圧および加熱部8に供給される誘導電流の波形観測するオシロスコープS2と、共振周波数自動調整器92から供給される電流の周波数を測定するカウンタS3と、加熱部8に供給される誘導電流を観測する電流モニタS4と、がもうけられている。なお、これらのセンサーS1〜4は、共振周波数自動調整器92の制御部に電気的に接続され、センサーS1〜4の測定値を基にして、共振周波数自動調整器92からの出力の調節を行うことができる。

0085

(リチウム二次電池の製造)図1に示すリチウムイオン二次電池を以下のようにして作製した。

0086

正極板1は活物質としてマンガン酸リチウムを85重量部と、導電材としてアセチレンブラックを10重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを5重量部とを混練してペースト状にした合材を、厚さ15μmのアルミニウム箔の集電体11の両面に塗布、圧着したものである。

0087

また、負極板2は活物質としてカーボンを92.5重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを7.5重量部とを混練してペースト状にした合材を、厚さ10μmの銅箔の集電体21の両面に塗布、圧着したものである。

0088

これら、正極板1および負極板2にはそれぞれ前記合材が塗布されていない未塗布部111、211がもうけてあり、正極1の集電体11の未塗布部111の表面には複数のアルミニウム製のリード13を、また負極2の集電体21の未塗布部211の表面には複数の銅製のリード23をそれぞれ電極板から正極端子部5、負極端子部6への電流取り出し用として超音波溶接法により接合した。

0089

次に、正極板1と負極板2の間に、正極板1および負極板2が直接接しないよう幅広裁断されたセパレ−タ4を介在して、渦巻き状に巻回し、巻回電極体を作製した。このとき、セパレ−タ4としてポリフェニレンエーテル多孔質処理したフィルムを用いた。

0090

続いて正極板1および負極板2に取り付けられたリード13、23を収束処理し、それぞれ正極端子部5、負極端子部6に超音波溶接法により接合した後、電池ケース7に収納し、正極端子部5と蓋板71および負極端子部6と電池ケース7との間にそれぞれガスケット72を介在させた状態でナット73により締結し、蓋板71と電池ケース7とをレーザ溶接法により気密・液密性が保たれる溶接条件にて接合した。なお、電池ケース7は、非磁性体である樹脂により形成された。

0091

このようにして作製した電池ケース7内に電極体を収納した電池を、電極体乾燥装置の加熱コイルの軸芯部に挿入し、加熱コイルの両端部にコアを配置した。このとき、電池は、電池ケースの電解液注入用開口部711が真空ポンプに接続された状態で加熱コイルに挿入された。その後、真空ポンプを作動させて、電池ケース7の内部を133Paまで減圧した。電池ケース7の内部が減圧した状態で、電極体乾燥装置の電源のスイッチをONにし、加熱コイルに誘導電流を供給した。このとき、共振周波数自動調整器による制御により、加熱コイルに供給される誘導電流が18Aに保持された。

0092

加熱コイルに誘導電流が供給されることで、加熱コイルの軸芯部に保持された電池の温度が上昇し、120℃にまで昇温した。その後、この温度での保持を6時間行うことで、電極体およびケース7の内部の水分が除去された。

0093

そして、加熱コイルへの通電を遮断し(電源のスイッチをOFFにする)、加熱を終了した。つづいて、放冷した後に、加熱コイルから電池を取り出した。

0094

その後、蓋71に予め設置してある電解液の注入用開口部711をEPDM製のシール部品仮封止した状態で電解液注入装置まで運搬し、シール用部品を取り外した後、蓋71の電解液注入用開口部711から非水電解液を注入した。非水電解液は、エチレンカーボネートとジエチレンカーボネートとを3:7の重量比で混合した溶媒中に六フッ化リン酸リチウムを溶解させたものを用いた。所定量の電解液を注入後、注入用開口部711を封止栓74で気密・液密的に封止した。

0095

以上の手段により実施例のリチウム二次電池が製造された。

0096

実施例のリチウム二次電池は、電極体の内部が加熱されたため、電極体の内部に存在する水分が取り除かれている。さらに、実施例のリチウム二次電池は、誘導加熱により電極体の全体が均一に加熱されているため、加熱ムラがなくなっていることから、局部的な過熱による活物質の失活を抑えられている。

0097

また、電極体乾燥装置は、非磁性体よりなる集電体を用いて形成された電池でも、誘導加熱により加熱できる。このことは、誘導加熱の特徴である、急速加熱ができる、電気エネルギーを直接材料に投入できるためエネルギー効率に優れる、局部加熱ができる、温度制御が容易である、無酸素加熱である、などの加熱により電極体の乾燥を行うことができることを示す。

0098

この結果、リチウム二次電池の製造を簡便に行うことができる。

発明の効果

0099

本発明の非水電解液電池の製造方法は、電極体乾燥工程において誘導過熱を施すことで、電極体の内部を加熱することができる。電極体を内部から加熱することで、電極体の内部に存在する水分を容易に取り除くことができる。さらに、誘導加熱は、電極体の全体を均一に加熱することができる。すなわち、乾燥時の加熱における加熱ムラがなくなるため、局部的な過熱による活物質の失活を抑えることができる。

0100

また、本発明の電極体乾燥装置は、コアによりワークコイルの軸芯部に磁束を集中させているため、誘導過熱による加熱が困難であった電極体の加熱を行うことができる。本発明の電極体乾燥装置を用いることで、乾燥に要するコストが軽減されるため、非水電解液電池の製造を簡便に行うことができる効果を有する。

図面の簡単な説明

0101

図1円筒型リチウムイオン二次電池の全体構成を示す部分切開図である。
図2電極体乾燥装置の構成を示した図である。
図3電極体乾燥装置の加熱部の構成を示した図である。

--

0102

1:正極 11:正極集電体
111:未塗布部 12:正極合材層13:正極リード
2:負極 21:負極集電体
211:未塗布部 22:負極合材層23:負極リード
3:非水電解液4:セパレータ5:正極端子部
6:負極端子部 7:ケース71:蓋板
711:注液用開口部 72:ガスケット73:ナット
74:封止栓8:加熱部 81:加熱コイル
82:コア821:内部突出部 822:外部突出部
91:電源92:共振周波数自動調整器
93:トランス94:コンデンサ部
941、942:コンデンサ S1〜4:センサー

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ