JP2014207244A - Device of manufacturing battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池の製造装置に関する。詳しくは、電池素子を外装材により封止した電池の製造装置に関する。 The present invention relates to a battery manufacturing apparatus. In detail, it is related with the manufacturing apparatus of the battery which sealed the battery element with the exterior material.
従来、外装材としてラミネートフィルムなどを用いた電池パックは、軽量であると共にエネルギー密度が大きいため、広く使用されている。この電池パックは、正極、負極およびセパレータを含む電池素子を外装材に収容した後、外装材内に電解液を注液し、電池素子に電解液を注液、含浸させることにより作製される。 Conventionally, a battery pack using a laminate film or the like as an exterior material has been widely used because it is lightweight and has a high energy density. This battery pack is manufactured by housing a battery element including a positive electrode, a negative electrode, and a separator in an exterior material, injecting an electrolyte into the exterior material, and injecting and impregnating the battery element with the electrolyte.
このような注液および含浸工程を有する電池パックの製造方法としては、例えば、以下に示すものが開示されている(特許文献1参照)。
まず、開口部側を所要形状および寸法よりも大きく設定した外装材に対して、電池素子を収容する。次に、電池素子を収容した外装材を、開口部側が上方となるようにして真空チャンバ内に配置する。次に、減圧下で外装材の開口部に電解液を注入した後、真空チャンバ内を常圧に戻す。これにより、外装材の開口部に注入された電解液が、電池素子より上方の空間部を一時留まり部として電池素子に注液、含浸される。次に、電池素子を収容した外装材を真空チャンバから取り出し、外装材の開口部側の電池素子に近接した領域を熱融着により封着し、封着した領域を残すようにして、外装材の開口部の余剰な部分を切断除去する。
As a method for producing a battery pack having such a liquid injection and impregnation step, for example, the following is disclosed (see Patent Document 1).
First, a battery element is accommodated with respect to the exterior material which set the opening side larger than a required shape and dimension. Next, the exterior material containing the battery element is placed in the vacuum chamber with the opening side facing upward. Next, after injecting an electrolyte into the opening of the exterior member under reduced pressure, the inside of the vacuum chamber is returned to normal pressure. Thereby, the electrolyte injected into the opening of the exterior material is injected and impregnated into the battery element using the space above the battery element as a temporary retention part. Next, the exterior material containing the battery element is taken out of the vacuum chamber, and the region adjacent to the battery element on the opening side of the exterior material is sealed by thermal fusion, leaving the sealed region, The excess portion of the opening is cut and removed.
しかしながら、上述の電池パックの製造方法では、図1Aに示すように、電池素子101の上方の開口部103に電解液104を溜めた状態で真空引きするために以下の問題がある。すなわち、図1Bに示すように、電解液104の下方にある電池素子101やその収容空間105から出てくるエアにより電解液104が押し上げられ、飛散などするため、電解液104が著しく減少し、電池パックの製造が困難となる。また、電池素子101の上方に電解液104が存在するため、電解液104が妨げとなり電池素子101やその収容空間105の脱気効率が低下する。
However, in the above-described battery pack manufacturing method, as shown in FIG. 1A, there is the following problem in order to evacuate the
したがって、本発明の目的は、注液および含浸工程における電解液量の減少を抑制できる共に、外装材内を効率良く脱気できる電池の製造装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a battery manufacturing apparatus that can suppress the decrease in the amount of electrolyte in the pouring and impregnation processes and that can efficiently deaerate the interior of the exterior material.
上述の課題を解決するために、第1の発明は、
電池素子を収容する外装材の一端の開口部から気体を入れて、外装材の他端の液収容部を膨張させて空間を形成する気体供給部と、
開口部から電解液を注液し、液収容部の空間に電解液を溜める注液部と、
開口部から外装材内を真空状態にて脱気する真空チャンバと
を備える電池の製造装置である。
In order to solve the above-mentioned problem, the first invention
A gas supply part that forms a space by inflating the liquid storage part at the other end of the exterior material by inserting gas from the opening at one end of the exterior material that houses the battery element;
A liquid injection part for injecting an electrolytic solution from the opening and storing the electrolytic solution in the space of the liquid storage part;
And a vacuum chamber for degassing the inside of the exterior material from the opening in a vacuum state.
第2の発明は、
電池素子を収容する外装材の一端の開口部から気体を入れて、外装材の他端の液収容部を膨張させて空間を形成する気体供給部と、
開口部から電解質用組成物を注液し、液収容部の空間に電解質用組成物を溜める注液部と、
開口部から外装材内を真空状態にて脱気する真空チャンバと、
を備える電池の製造装置である。
The second invention is
A gas supply part that forms a space by inflating the liquid storage part at the other end of the exterior material by inserting gas from the opening at one end of the exterior material that houses the battery element;
A liquid injection part for injecting the electrolyte composition from the opening and storing the electrolyte composition in the space of the liquid storage part;
A vacuum chamber for degassing the exterior material in a vacuum state from the opening,
A battery manufacturing apparatus comprising:
第3の発明は、
電解液を含む電池素子と、
電池素子を封止する外装材と
を備え、
電池素子は、
電池素子を収容する外装材の一端の開口部から気体を入れて、外装材の他端の液収容部を膨張させて空間を形成し、開口部から電解液を注液し、液収容部の空間に電解液を溜め、開口部から外装材内を真空状態にて脱気し、開口部を封止し、電池素子に対して電解液を含浸させることにより得られる電池である。
The third invention is
A battery element containing an electrolyte solution;
An exterior material for sealing the battery element,
Battery element
Gas is introduced from the opening at one end of the exterior material that houses the battery element, the liquid storage portion at the other end of the exterior material is expanded to form a space, the electrolyte is injected from the opening, and the liquid storage portion The battery is obtained by accumulating an electrolytic solution in a space, degassing the inside of the exterior material in a vacuum state from the opening, sealing the opening, and impregnating the battery element with the electrolytic solution.
第4の発明は、
ゲル状の電解質を含む電池素子と、
電池素子を封止する外装材と
を備え、
電池素子は、
電池素子を収容する外装材の一端の開口部から気体を入れて、外装材の他端の液収容部を膨張させて空間を形成し、開口部から電解質用組成物を注液し、液収容部の空間に電解質用組成物を溜め、開口部から外装材内を真空状態にて脱気し、開口部を封止し、電池素子に対して電解質用組成物を含浸させ、電池素子に含浸した電解質用組成物をゲル化することにより得られる電池である。
The fourth invention is:
A battery element containing a gel electrolyte;
An exterior material for sealing the battery element,
Battery element
Gas is introduced from the opening at one end of the exterior material containing the battery element, the liquid accommodation portion at the other end of the exterior material is expanded to form a space, and the composition for electrolyte is injected from the opening to accommodate the liquid. The electrolyte composition is stored in the space of the part, the inside of the exterior material is deaerated in a vacuum state from the opening, the opening is sealed, the battery element is impregnated with the electrolyte composition, and the battery element is impregnated. The battery is obtained by gelling the electrolyte composition.
本発明では、外装材の一端に形成された液収容部の空間に電解液または電解質用組成物を溜め、外装材の他端に形成された開口部から外装材内を脱気するので、脱気工程における開口部からの電解液または電解質用組成物の飛散を抑制できる。また、開口部に外装材内の脱気を阻害する電解液または電解質用組成物がないため、外装材内の脱気効率を向上することができる。 In the present invention, since the electrolytic solution or the composition for electrolyte is stored in the space of the liquid container formed at one end of the exterior material, and the interior of the exterior material is degassed from the opening formed at the other end of the exterior material. Scattering of the electrolytic solution or the electrolyte composition from the opening in the gas step can be suppressed. Moreover, since there is no electrolyte solution or electrolyte composition that inhibits the deaeration in the exterior material in the opening, the deaeration efficiency in the exterior material can be improved.
以上説明したように、本発明によれば、脱気工程における開口部からの電解液または電解質用組成物の飛散を抑制できるので、脱気工程における電解液量または電解質用組成物量の減少を抑制できる。また、外装材内の脱気効率を向上することができるので、電池の厚みを薄くすることができる。また、高温保存時における電池の膨れを抑制することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to suppress scattering of the electrolytic solution or the electrolyte composition from the opening in the degassing step, thereby suppressing the decrease in the amount of the electrolytic solution or the electrolyte composition in the degassing step. it can. Moreover, since the deaeration efficiency in the exterior material can be improved, the thickness of the battery can be reduced. Moreover, the swelling of the battery during high temperature storage can be suppressed.
本発明の実施形態について図面を参照しながら以下の順序で説明する。
1.第1の実施形態(素子収容部のサイド側にアンダーポケット部を形成した例)
2.第2の実施形態(素子収容部のボトム側にアンダーポケット部を形成した例)
Embodiments of the present invention will be described in the following order with reference to the drawings.
1. 1st Embodiment (example which formed the under pocket part in the side side of an element accommodating part)
2. Second embodiment (example in which an under pocket portion is formed on the bottom side of an element housing portion)
<1.第1の実施形態>
[電池パックの構成]
図2は、本発明の第1の実施形態に係る電池パックの概観の一例を示す斜視図である。図3は、本発明の第1の実施形態に係る電池パックの構成の一例を示す分解斜視図である。この電池パックは、正極リード11および負極リード12が取り付けられた電池素子1をフィルム状の外装材2の内部に収容したものであり、小型化、軽量化および薄型化が可能となっている。本明細書では、電池素子1を外装材2により外装した電池(外装電池)を電池パックと称する。以下では、正極リード11および負極リード12が導出された電池素子1の端面側をトップ側、それとは反対側の端面側をボトム側と称する。また、トップ側とボトム側との両端部の間に位置する辺部の側をサイド側と称する。
<1. First Embodiment>
[Battery pack configuration]
FIG. 2 is a perspective view showing an example of an overview of the battery pack according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is an exploded perspective view showing an example of the configuration of the battery pack according to the first embodiment of the present invention. In this battery pack, the
正極リード11および負極リード12は、それぞれ、外装材2の内部から外部に向かい例えば同一方向に導出されている。正極リード11および負極リード12は、例えば、アルミニウム、銅、ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。
The
外装材2は、例えば、柔軟性を有するフィルムからなる。外装材2は、例えば、熱融着樹脂層、金属層、表面保護層を順次積層した構成を有する。なお、熱融着樹脂層側の面が、電池素子1を収容する側の面となる。この熱融着樹脂層の材料としては、例えばポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)が挙げられる。金属層の材料としては、例えばアルミニウム(Al)が挙げられる。表面保護層の材料としては、例えばナイロン(Ny)が挙げられる。具体的には例えば、外装材2は、例えば、ナイロンフィルム、アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装材2は、例えば、ポリエチレンフィルム側と電池素子1とが対向するように配設され、各外縁部が融着または接着剤により互いに密着されている。外装材2と正極リード11および負極リード12との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム3が挿入されている。密着フィルム11は、正極リード11および負極リード12に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンまたは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。
The
なお、外装材2は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム、ポリプロピレンなどの高分子フィルムまたは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。
In addition, you may make it the
図4は、図3に示した電池素子のIV−IV線に沿った断面図である。電池素子1は、正極13と負極14とをセパレータ15および電解質層16を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ17により保護されている。以下、図4を参照しながら、電池素子1を構成する正極13、負極14、セパレータ15、および電解質層16について順次説明する。
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the battery element shown in FIG. The
(正極)
正極13は、例えば、正極集電体13Aの両面に正極活物質層13Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、正極集電体13Aの片面のみに正極活物質層13Bを設けるようにしてもよい。正極集電体13Aは、例えば、アルミニウム箔などの金属箔により構成されている。正極活物質層13Bは、例えば、正極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料の1種または2種以上を含んでおり、必要に応じてグラファイトなどの導電剤およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んで構成されている。
(Positive electrode)
For example, the positive electrode 13 has a structure in which a positive electrode active material layer 13B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 13A. Although not shown, the positive electrode active material layer 13B may be provided only on one surface of the positive electrode current collector 13A. The positive electrode current collector 13A is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil. The positive electrode active material layer 13B includes, for example, one or more positive electrode materials capable of occluding and releasing lithium as a positive electrode active material, and a conductive agent such as graphite and polyfluoride as necessary. It is configured to contain a binder such as vinylidene.
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、リチウム硫化物あるいはリチウムを含む層間化合物などのリチウム含有化合物が適当であり、これらの2種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウムと遷移金属元素と酸素(O)とを含むリチウム含有化合物が好ましく、中でも、遷移金属元素として、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)および鉄(Fe)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものであればより好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式(1)、式(2)もしくは式(3)に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式(4)に示したスピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物、または式(5)に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられ、具体的には、LiNi0.50Co0.20Mn0.30O2、LiaCoO2(a≒1)、LibNiO2(b≒1)、Lic1Nic2Co1-c2O2(c1≒1,0<c2<1)、LidMn2O4(d≒1)あるいはLieFePO4(e≒1)などがある。 As the positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, lithium-containing compounds such as lithium oxide, lithium phosphorous oxide, lithium sulfide, or an intercalation compound containing lithium are suitable. May be used in combination. In order to increase the energy density, a lithium-containing compound containing lithium, a transition metal element, and oxygen (O) is preferable. Among them, as the transition metal element, cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), and iron It is more preferable if it contains at least one of the group consisting of (Fe). As such a lithium-containing compound, for example, a lithium composite oxide having a layered rock-salt structure represented by formula (1), formula (2), or formula (3), or a spinel type compound represented by formula (4) Examples thereof include a lithium composite oxide having a structure, or a lithium composite phosphate having an olivine type structure represented by the formula (5). Specifically, LiNi 0.50 Co 0.20 Mn 0.30 O 2 , Li a CoO 2 (A≈1), Li b NiO 2 (b≈1), Li c1 Ni c2 Co 1-c2 O 2 (c1≈1, 0 <c2 <1), Li d Mn 2 O 4 (d≈1) or Li e FePO 4 (e≈1).
LifMn(1-g-h)NigM1hO(2-j)Fk ・・・(1)
(式中、M1は、コバルト(Co)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)およびタングステン(W)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。f、g、h、jおよびkは、0.8≦f≦1.2、0<g<0.5、0≦h≦0.5、g+h<1、−0.1≦j≦0.2、0≦k≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、fの値は完全放電状態における値を表している。)
Li f Mn (1-gh) Ni g M1 h O (2-j) F k (1)
(In the formula, M1 is cobalt (Co), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu ), Zinc (Zn), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr), and tungsten (W). g, h, j and k are 0.8 ≦ f ≦ 1.2, 0 <g <0.5, 0 ≦ h ≦ 0.5, g + h <1, −0.1 ≦ j ≦ 0.2, (The value is in the range of 0 ≦ k ≦ 0.1. Note that the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of f represents a value in a fully discharged state.)
LimNi(1-n)M2nO(2-p)Fq ・・・(2)
(式中、M2は、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)およびタングステン(W)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。m、n、pおよびqは、0.8≦m≦1.2、0.005≦n≦0.5、−0.1≦p≦0.2、0≦q≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、mの値は完全放電状態における値を表している。)
Li m Ni (1-n) M2 n O (2-p) F q (2)
(In the formula, M2 represents cobalt (Co), manganese (Mn), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr), and tungsten (W), at least one selected from the group consisting of m, n, p and q are values within the range of 0.8 ≦ m ≦ 1.2, 0.005 ≦ n ≦ 0.5, −0.1 ≦ p ≦ 0.2, 0 ≦ q ≦ 0.1. Note that the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of m represents a value in a fully discharged state.)
LirCo(1-s)M3sO(2-t)Fu ・・・(3)
(式中、M3は、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)およびタングステン(W)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。r、s、tおよびuは、0.8≦r≦1.2、0≦s<0.5、−0.1≦t≦0.2、0≦u≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、rの値は完全放電状態における値を表している。)
Li r Co (1-s) M3 s O (2-t) Fu (3)
(In the formula, M3 represents nickel (Ni), manganese (Mn), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr), and tungsten (W), at least one kind. s, t, and u are values within the ranges of 0.8 ≦ r ≦ 1.2, 0 ≦ s <0.5, −0.1 ≦ t ≦ 0.2, and 0 ≦ u ≦ 0.1. (Note that the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of r represents the value in a fully discharged state.)
LivMn2-wM4wOxFy ・・・(4)
(式中、M4は、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)およびタングステン(W)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。v、w、xおよびyは、0.9≦v≦1.1、0≦w≦0.6、3.7≦x≦4.1、0≦y≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、vの値は完全放電状態における値を表している。)
Li v Mn 2-w M4 w O x F y (4)
(In the formula, M4 is cobalt (Co), nickel (Ni), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr) and tungsten (W), at least one selected from the group consisting of v, w, x, and y are values within the range of 0.9 ≦ v ≦ 1.1, 0 ≦ w ≦ 0.6, 3.7 ≦ x ≦ 4.1, and 0 ≦ y ≦ 0.1. Note that the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of v represents the value in a fully discharged state.)
LizM5PO4 ・・・(5)
(式中、M5は、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、タングステン(W)およびジルコニウム(Zr)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。zは、0.9≦z≦1.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、zの値は完全放電状態における値を表している。)
Li z M5PO 4 (5)
(Wherein M5 is cobalt (Co), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V ), Niobium (Nb), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), calcium (Ca), strontium (Sr), tungsten (W) and zirconium (Zr) Z is a value in a range of 0.9 ≦ z ≦ 1.1, wherein the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of z represents a value in a complete discharge state. )
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、これらの他にも、MnO2、V2O5、V6O13、NiS、MoSなどのリチウムを含まない無機化合物も挙げられる。 In addition to these, positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium include inorganic compounds not containing lithium, such as MnO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , NiS, and MoS.
(負極)
負極14は、例えば、負極集電体14Aの両面に負極活物質層14Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、負極集電体14Aの片面のみに負極活物質層14Bを設けるようにしてもよい。負極集電体14Aは、例えば、銅箔などの金属箔により構成されている。
(Negative electrode)
The
負極活物質層14Bは、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか1種または2種以上を含んで構成されており、必要に応じて正極活物質層13Bと同様の結着剤を含んで構成されている。 The negative electrode active material layer 14B includes one or more negative electrode materials capable of occluding and releasing lithium as the negative electrode active material, and the positive electrode active material layer 13B as necessary. It is comprised including the binder similar to.
なお、この二次電池である電池素子1では、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の電気化学当量が、正極13の電気化学当量よりも大きくなっており、充電の途中において負極14にリチウム金属が析出しないようになっている。
In the
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維あるいは活性炭などの炭素材料が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスあるいは石油コークスなどがある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。また、高分子材料としてはポリアセチレンあるいはポリピロールなどがある。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れた特性が得られるので好ましい。更にまた、充放電電位が低いもの、具体的には充放電電位がリチウム金属に近いものが、電池の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, and fired organic polymer compounds And carbon materials such as carbon fiber and activated carbon. Among these, examples of coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. An organic polymer compound fired body refers to a carbonized material obtained by firing a polymer material such as phenol resin or furan resin at an appropriate temperature, and part of it is non-graphitizable carbon or graphitizable carbon. Some are classified as: Examples of the polymer material include polyacetylene and polypyrrole. These carbon materials are preferable because the change in crystal structure that occurs during charge and discharge is very small, a high charge and discharge capacity can be obtained, and good cycle characteristics can be obtained. In particular, graphite is preferable because it has a high electrochemical equivalent and can provide a high energy density. Further, non-graphitizable carbon is preferable because excellent characteristics can be obtained. Furthermore, those having a low charge / discharge potential, specifically, those having a charge / discharge potential close to that of lithium metal are preferable because a high energy density of the battery can be easily realized.
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、リチウムを吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として含む材料も挙げられる。このような材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。この負極材料は金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの1種または2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、この発明において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物あるいはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include materials capable of inserting and extracting lithium and containing at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element. This is because a high energy density can be obtained by using such a material. In particular, the use with a carbon material is more preferable because a high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained. The negative electrode material may be a single element, alloy or compound of a metal element or metalloid element, or may have at least a part of one or more of these phases. In the present invention, the alloy includes an alloy containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to an alloy composed of two or more metal elements. Moreover, the nonmetallic element may be included. Some of the structures include a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of them.
この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、例えば、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)が挙げられる。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。 Examples of metal elements or metalloid elements constituting the negative electrode material include magnesium (Mg), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), and germanium (Ge). ), Tin (Sn), lead (Pb), bismuth (Bi), cadmium (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd) ) Or platinum (Pt). These may be crystalline or amorphous.
中でも、この負極材料としては、短周期型周期表における4B族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素(Si)およびスズ(Sn)の少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素(Si)およびスズ(Sn)は、リチウム(Li)を吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。 Among these, as the negative electrode material, a material containing a 4B group metal element or a semimetal element in the short-period type periodic table as a constituent element is preferable, and at least one of silicon (Si) and tin (Sn) is particularly preferable. It is included as an element. This is because silicon (Si) and tin (Sn) have a large ability to occlude and release lithium (Li), and a high energy density can be obtained.
スズ(Sn)の合金としては、例えば、スズ(Sn)以外の第2の構成元素として、ケイ素(Si)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)、およびクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。ケイ素(Si)の合金としては、例えば、ケイ素(Si)以外の第2の構成元素として、スズ(Sn)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)およびクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。 As an alloy of tin (Sn), for example, as a second constituent element other than tin (Sn), silicon (Si), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), zinc (Zn), indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), and chromium (Cr) The thing containing at least 1 sort is mentioned. As an alloy of silicon (Si), for example, as a second constituent element other than silicon (Si), tin (Sn), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), zinc (Zn), indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), and chromium (Cr). The thing containing 1 type is mentioned.
スズ(Sn)の化合物あるいはケイ素(Si)の化合物としては、例えば、酸素(O)あるいは炭素(C)を含むものが挙げられ、スズ(Sn)またはケイ素(Si)に加えて、上述した第2の構成元素を含んでいてもよい。 Examples of the tin (Sn) compound or silicon (Si) compound include those containing oxygen (O) or carbon (C). In addition to tin (Sn) or silicon (Si), the above-described compounds are used. Two constituent elements may be included.
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、更に、他の金属化合物あるいは高分子材料が挙げられる。他の金属化合物としては、MnO2、V2O5、V6O13などの酸化物、NiS、MoSなどの硫化物、あるいはLiN3などのリチウム窒化物が挙げられ、高分子材料としてはポリアセチレン、ポリアニリンあるいはポリピロールなどが挙げられる。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium further include other metal compounds or polymer materials. Examples of other metal compounds include oxides such as MnO 2 , V 2 O 5 , and V 6 O 13 , sulfides such as NiS and MoS, and lithium nitrides such as LiN 3 , and polymer materials include polyacetylene. , Polyaniline or polypyrrole.
(セパレータ)
セパレータ15は、正極13と負極14とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータ15としてしは、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレンなどの合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜を単層で、またはそれらを複数積層したもの用いることができる。特に、セパレータ15としては、ポリオレフィン製の多孔質膜が好ましい。ショート防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるからである。また、セパレータ15としては、ポリオレフィンなどの微多孔膜上に、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、またはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などの多孔性の樹脂層を形成したものを用いてもよい。
(Separator)
The separator 15 separates the positive electrode 13 and the
(電解質層)
電解質層16は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質層16は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。電解液(すなわち溶媒および電解質塩など)の構成は、第1の実施形態に係る二次電池と同様である。高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンまたはポリカーボネートが挙げられる。特に電気化学的な安定性の点からはポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンあるいはポリエチレンオキサイドが好ましい。
(Electrolyte layer)
The
[電池パックの製造方法]
以下、図5A〜図7Cを参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る電池パックの製造方法の一例について説明する。
[Battery pack manufacturing method]
Hereinafter, an example of the battery pack manufacturing method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5A to 7C.
(外装材準備工程)
まず、図5Aに示すように、矩形状を有する外装材2を準備する。この外装材2の中央部には、その全体を2分するように線状の折り返し部22が予め形成されている。この折り返し部22は、外装材2の折り返しを容易とするための切り込みなどである。また、外装材2は、その中央部に設けられた1つの第1の領域R1と、第1の領域R1の一方の側に隣接して設けられた第2の領域R2と、第1の領域R1の他方の側に隣接して設けられた第3の領域R3とを有する。第1の領域R1は、電池素子1を収容するための収容空間21が形成される領域である。第2の領域R2は、液状の電解質用組成物を収容するための液収容部(以下、アンダーポケット部と称する)が形成される領域である。第3の領域R3は、アンダーポケットに対する電解質用組成物の供給、および外装材内の脱気などをするため開口部が形成される領域である。電解質用組成物は、ゲル状の電解質層16の前駆体である。
(Exterior material preparation process)
First, as shown in FIG. 5A, a
(収容空間成型工程)
次に、図5Aに示すように、例えば、第1の領域R1の熱融着樹脂層側となる面のうち、折り返し部22を境にした一方の部分にエンボス成型などを施し、電池素子1を収容するための収容空間21を形成する。
(Containment space molding process)
Next, as shown in FIG. 5A, for example, one portion of the surface of the first region R1 on the heat-sealing resin layer side with the folded
(素子収容および外装材折り返し工程)
次に、図5Bに示すように、収容空間21に電池素子1を収容し、外装材2を折り返し部22で折り返す。そして、外装材2の4つの辺部のうち、対向する2つの辺部同士を、正極リード11および負極リード12を挟むようにして電池素子1のトップ側で重ね合わせる。
(Element housing and exterior material folding process)
Next, as shown in FIG. 5B, the
(熱融着工程)
次に、図5Cに示すように、電池素子1のトップ側で重ね合わせた辺部同士を熱融着し、熱融着部23を形成する。また、電池素子1のサイド側で重ね合わされた2つの辺部同士のうち、第2の領域R2側の辺部同士を熱融着し、熱融着部23を形成する。これにより、折り返された外装材2の第2の領域2にアンダーポケット部24が形成されるとともに、折り返された外装材2の第3の領域R3の側となる一端に開口部25が形成される。
(Heat fusion process)
Next, as shown in FIG. 5C, the sides overlapped on the top side of the
(エア供給工程)
次に、図5Dに示すように、開口部25の一端にエア(空気)を供給するための治具31を取り付ける。その後、外装材2の一端の開口部25の側からアンダーポケット部24にエアを供給して、外装材2の他端のアンダーポケット部24を膨らまし、電解質用組成物を溜めるための空間を形成する。このエア供給工程は、例えば大気環境下にて行われる。
(Air supply process)
Next, as shown in FIG. 5D, a
(注液工程)
次に、例えば、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む液状の電解質用組成物を用意する。次に、外装材2に収容された電池素子1を真空チャンバ(図示せず)に搬送し、図6Aに示すように、真空チャンバ内において、開口部25からアンダーポケット部24の空間に電解質用組成物26を注液する。具体的には例えば、開口部25が上方となるように外装材2を保持し、ノズルなどの注液手段を用いて電解質用組成物26を開口部25から外装材内に供給し、アンダーポケット部24に電解質用組成物26を溜める。
(Liquid injection process)
Next, for example, a liquid electrolyte composition containing a solvent, an electrolyte salt, a monomer that is a raw material of the polymer compound, a polymerization initiator, and other materials such as a polymerization inhibitor as necessary is prepared. To do. Next, the
電池素子1と、アンダーポケット部24に溜められた電解質用組成物26とが接触しないように、両者を離間させることが好ましい。電池素子1と電解質用組成物26とが接触すると、真空時に外装材内から抜けるエアにより電解質用組成物26が押し上げられて、電解質用組成物26が飛散し、電解質用組成物26の液量が減少するからである。アンダーポケット部24の容積は、例えば、注入する電解質用組成物26の量の1.2倍に設定される。
It is preferable that the
(脱気工程)
次に、例えば、図6Bに示すように、外装材2に収容された電池素子1を真空チャンバ(図示せず)に搬送し、真空チャンバ内を減圧し、外装材内を脱気する。これにより、外装材内の空間、電池素子1、および電解質用組成物26が脱気される。
(Deaeration process)
Next, for example, as shown in FIG. 6B, the
(熱融着工程)
次に、図6Cに示すように、真空状態を維持した状態にて、電池素子1の両サイドのうち、開口部25の側となるサイド部分において、外装材2を熱融着し、熱融着部23を形成する。
(Heat fusion process)
Next, as shown in FIG. 6C, in a state in which the vacuum state is maintained, the
(含浸工程)
次に、真空チャンバを大気解放する。これにより、図7Aに示すように、アンダーポケット部24が大気圧で潰されて、電池素子1に対して電解質用組成物26が含浸される。アンダーポケット部25はエアで膨らませているだけであるため、アルミラミネートフィルムなどの外装材2が塑性変形を起こしていない場合、アンダーポケット部25を大気圧で歪みなく潰すことができる。また、必要に応じて、アンダーポケット部25を加圧し、電池素子1に対する電解質用組成物26の含浸を促進させるようにしてもよい。これにより、含浸時間を低減することができる。
(Impregnation process)
Next, the vacuum chamber is released to the atmosphere. As a result, as shown in FIG. 7A, the under
真空シール直後では電池素子内への電解質用組成物26の含浸は未完了なため、含浸完了時間に達するまで電池素子1をトレーなどに一時的に保管するようにしてもよい。これにより、リードタイムは伸びるが、従来に比べ設備費用を低減することができる。
Immediately after the vacuum sealing, the impregnation of the
(ヒートプレス工程)
次に、電解質用組成物26が含浸された電池素子1をヒートプレス(加熱および加圧)することにより、電解質用組成物26に含まれるモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質層16を形成すると共に、電池素子1を構成する正極13、負極14、およびセパレータ15を一体化させる。
(Heat press process)
Next, the
(封止工程)
次に、図7Bに示すように、電池素子1の両サイドのうち、アンダーポケット部24の側となるサイド部分において、外装材2を熱融着し、熱融着部23を形成する。これにより、電池素子1が外装材2により封止される。
(Sealing process)
Next, as shown in FIG. 7B, the
(切断工程)
次に、図7Cに示すように、素子収容部31の両サイド側に形成された熱融着部23を残すようにして、余分なアンダーポケット部24および開口部25を切断する。
以上により、目的とする電池パックが得られる。
(Cutting process)
Next, as shown in FIG. 7C, the excess under
Thus, the intended battery pack is obtained.
なお、電池パックの製造方法は、上述の工程の順序に限定されるものではない。例えば、ヒートプレス工程後に封止工程を行っているが、これらの工程の順序は任意であって、封止工程後にヒートプレス工程を行うようにしてもよい。 In addition, the manufacturing method of a battery pack is not limited to the order of the above-mentioned process. For example, although the sealing process is performed after the heat pressing process, the order of these processes is arbitrary, and the heat pressing process may be performed after the sealing process.
図8は、アンダーポケット部にエアを供給するための治具の構成の一例を模式的に示す断面図である。エア供給装置である治具は、所定の間隔離間して対向配置された第1の面S1と第2の面S2とを有し、これらの面により外装材2の開口部側の一端部を収容するための収容空間41が形成されている。第1の面S1および第2の面S2にはそれぞれ真空吸着手段などの保持手段42、43が設けられ、これらの保持手段42、43により外装材1の開口部25が開かれるとともに、開口部25を開いた状態にて外装材2の一端部が保持される。また、収容空間43にはエアを導入するためのエア導入管44が導入されている。このエア導入管44から排出されるエアにより、外装材2の開口部25からアンダーポケット部24にエアが供給される。アンダーポケット部24を膨らませた後は密閉状態とすることが好ましい。これにより、エアの巻上げ等によるコンタミを防止することができる。
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of a jig for supplying air to the under pocket portion. The jig that is an air supply device has a first surface S1 and a second surface S2 that are opposed to each other with a predetermined distance therebetween, and the one end portion on the opening side of the
<変形例>
第1の実施形態では、電解質としてゲル状の電解質を用いる場合を例として説明したが、電解質として液状の電解質である電解液を用いるようにしてもよい。このような電解質を備える電池パックは、注液工程において電解質用組成物26に代えて電解液を注液し、アンダーポケット部25の空間に電解液を溜めることにより作製することができる。また、電解質として電解液を用いた場合には、ゲル状電解質層16の前駆体である電解質用組成物26を重合させるためのヒートプレス工程は省略可能である。
<Modification>
In the first embodiment, the case where a gel electrolyte is used as the electrolyte has been described as an example. However, an electrolyte that is a liquid electrolyte may be used as the electrolyte. A battery pack including such an electrolyte can be produced by injecting an electrolytic solution instead of the
また、第1の実施形態では、1枚の外装材2を折り返して電池素子1を封止する場合を例として説明したが、2枚の外装材2をそれらの熱融着層側の面が対向するようにして重ね合わせて、電池素子1を封止するようにしてもよい。この場合、一方の外装材2を硬質ラミネートフィルムなどの硬質なものとし、他方の外装材2を軟質ラミネートフィルムなどの軟質なものとする構成を採用してもよい。この場合、エアの供給により、軟質ラミネートフィルムなどの軟質な外装材2の側を膨らませ、アンダーポケット部24の空間を形成するようにしてもよい。また、アンダーポケット部24および開口部25を切断せずに残すようにしてもよい。このような構成とする場合、アンダーポケット部24および開口部25を折り返して収容空間21の上面(突出面)に対して貼り合わせるようにしてもよい。
Moreover, in 1st Embodiment, although the case where the sheet | seat
第1の実施形態によれば、電池素子1の下方に電解質用組成物26または電解液の液溜まりを形成し、この状態にて外装材内を脱気しているので、外装材内のガスの脱気時における電解質用組成物26または電解液の液飛散を抑制することができる。また、高効率脱気状態での注液直後の真空シールを実現できる。
According to the first embodiment, a liquid reservoir of the
従来の技術では困難であった電解質用組成物26または電解液の注液直後の真空シールが可能となる。また、アンダーポケット部25に対して電解質用組成物26または電解液を注入することにより、電解質用組成物26または電解液の液面を電池素子1の下方にすることができる。したがって、電解質用組成物26または電解液の液面上昇を防ぎ、液減少量を抑えることができる。また、外装材内の脱気効率を向上することができる。
Vacuum sealing immediately after the injection of the
電池素子1に電解質用組成物26または電解液を含浸させた後におけるアンダーポケット部25への液残りを少なくすることができる。外装材内を真空状態にした外装材2を封止して、電解質用組成物26または電解液を電池素子1に含浸させるため、大気圧を利用して含浸時間を短縮することができる。大気圧状態で外装材2により電池素子1を封止した後に含浸させた場合に比べて、例えば25〜50%程度、含浸時間を短縮することができる。従来の真空含浸、加圧含浸を廃止することができるため、設備コスト低減と、真空含浸時の液飛散による設備汚染の低減とが可能である。
The liquid residue in the
従来の電池パックの製造方法では、インライン工程において電池素子1に対して電解質用組成物26または電解液を含浸させていたため、含浸時間により設備や生産能力が左右されていた。これに対して、第1の実施形態に係る電池パックの製造方法では、大気中において電池素子1に対して電解質用組成物26または電解液を含浸させることができ、含浸時間により設備や生産能力が左右されなくなる。
In the conventional battery pack manufacturing method, the
外装材2の融着位置を変更するのみでアンダーポケット部24を形成することができる。したがって、既存の装置を用いてアンダーポケット24を容易に作製することができる。外装材2に収容された電池素子全体を真空チャンバ内に入れて外装材内を脱気することで、外装材内の脱気によるアンダーポケット部24の形状変化を抑制することができる。電池素子を真空封止後に加圧チャンバに搬送して、電池素子1に対する電解質用組成物26または電解液の含浸時間を短縮するようにしてもよい。
The under
<第2の実施形態>
図9A〜図10Dは、本発明の第2の実施形態に係る電池パックの製造方法の一例について説明する工程図である。第2の実施形態において第1の実施形態と同一または対応する箇所には同一の符号を付す。第2の実施形態は、電池素子1のボトム側にアンダーポケット部24を形成する点において、第1の実施形態とは異なっている。
<Second Embodiment>
9A to 10D are process diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a battery pack according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the same or corresponding parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The second embodiment is different from the first embodiment in that the
以下、図9A〜図10Dを参照しながら、本発明の第2の実施形態に係る電池パックの製造方法の一例について説明する。 Hereinafter, an example of a method for manufacturing the battery pack according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9A to 10D.
(外装材準備工程)
まず、図9Aに示すように、矩形状を有する外装材2を準備する。この外装材2の中央部には、その全体を2分するように線状の折り返し部22が予め形成されている。また、外装材2は、第1の領域R1と、この第1の領域R1の両側に隣接して設けられた第2の領域R2とを有する。
(Exterior material preparation process)
First, as shown in FIG. 9A, a
(収容空間成型工程)
次に、図9Aに示すように、例えば、第1の領域R1の熱融着樹脂層側となる面のうち、折り返し部22を境にした一方の部分にエンボス成型などを施し、電池素子1を収容するための収容空間21を形成する。
(Containment space molding process)
Next, as shown in FIG. 9A, for example, one part of the surface of the first region R1 on the heat-sealing resin layer side with the folded
(素子収容および外装材折り返し工程)
次に、図9Bに示すように、収容空間21に電池素子1を収容し、外装材2を折り返し部22で折り返し、外装材2の4つの辺部のうち、対向する2つの辺部同士を電池素子1のサイド側で重ね合わせる。
(Element housing and exterior material folding process)
Next, as shown in FIG. 9B, the
(熱融着工程)
次に、図9Cに示すように、電池素子1のサイド側で重ね合わせた辺部同士を熱融着し、熱融着部23を形成する。また、電池素子1のボトム側で重ね合わされた2つの辺部同士を熱融着し、熱融着部23を形成する。これにより、電池素子1のトップ側に開口部25が形成される
(Heat fusion process)
Next, as shown in FIG. 9C, the side portions overlapped on the side of the
(エア供給工程)
次に、図9Dに示すように、開口部25の一端にエアを供給するための治具(図示省略)を取り付け、開口部25の側からアンダーポケット部24にエアを供給して、アンダーポケット部24を膨らまし、電解質用組成物26を溜めるための空間を形成する。
(Air supply process)
Next, as shown in FIG. 9D, a jig (not shown) for supplying air to one end of the
(注液工程)
次に、例えば、外装材2に収容された電池素子1を真空チャンバ(図示せず)に搬送し、図10Aに示すように、真空チャンバ内において、開口部25からアンダーポケット部24の空間に電解質用組成物26を注液する。具体的には例えば、開口部25が上方となるように外装材2を保持し、ノズルなどの注液手段を用いて電解質用組成物26を開口部25から外装材21内に供給し、アンダーポケット部24に電解質用組成物26を溜める。
(Liquid injection process)
Next, for example, the
(脱気工程)
次に、例えば、真空チャンバ内を減圧し、外装材内を脱気する。これにより、外装材内の空間、電池素子1、および電解質用組成物26が脱気される。
(Deaeration process)
Next, for example, the inside of the vacuum chamber is depressurized, and the inside of the exterior material is deaerated. Thereby, the space in the exterior material, the
(熱融着工程)
次に、図10Bに示すように、真空状態を維持した状態にて、電池素子1のトップ側の部分において、外装材2を熱融着し、熱融着部23を形成する。
(Heat fusion process)
Next, as shown in FIG. 10B, the
(含浸工程)
次に、真空チャンバを大気解放する。これにより、アンダーポケット部24が大気圧で潰されて、電池素子1に対して電解質用組成物26が含浸される。また、必要に応じて、アンダーポケット部25を加圧し、電池素子1に対する電解質用組成物26の含浸を促進させるようにしてもよい。これにより、含浸時間を低減することができる。
(Impregnation process)
Next, the vacuum chamber is released to the atmosphere. Accordingly, the under
(ヒートプレス工程)
次に、電解質用組成物26が含浸された電池素子1をヒートプレス(加熱および加圧)することにより、電解質用組成物26に含まれるモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質層16を形成すると共に、電池素子1を構成する正極13、負極14、およびセパレータ15を一体化させる。
(Heat press process)
Next, the
(封止工程)
次に、図10Cに示すように、電池素子1のボトムの部分において、外装材2を熱融着し、熱融着部23を形成する。これにより、電池素子1が外装材2により封止される。
(Sealing process)
Next, as shown in FIG. 10C, the
(切断工程)
次に、図10Dに示すように、電池素子1のボトム側に形成された熱融着部23を残すようにして、余分なアンダーポケット部24を切断する。
以上により、目的とする電池パックが得られる。
(Cutting process)
Next, as shown in FIG. 10D, the excess under
Thus, the intended battery pack is obtained.
第2の実施形態では、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。 In the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。以下の実施例および比較例において、上述の実施形態と対応する箇所には同一の符号を付して説明する。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited only to these Examples. In the following examples and comparative examples, portions corresponding to the above-described embodiment will be described with the same reference numerals.
(実施例1)
以下、図5A〜図7Cを参照しながら、実施例1に係る電池素子パックの製造方法について説明する。
Example 1
Hereinafter, the manufacturing method of the battery element pack according to Example 1 will be described with reference to FIGS. 5A to 7C.
(外装材準備工程)
まず、外装材として、ナイロンフィルム、アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルム2を準備した。
(Exterior material preparation process)
First, a rectangular aluminum laminated
(収容空間成型工程)
次に、図5Aに示すように、このアルミラミネートフィルム2のポリエチレンフィルム側の面をおよそ6つに等分割したうちの中央部の1つの領域に、エンボス成型を施し、収容空間としてのエンボス成型部21を形成した。
(Containment space molding process)
Next, as shown in FIG. 5A, embossing is performed on one region of the central portion of the
(素子収容および外装材折り返し工程)
次に、図5Bに示すように、エンボス成型部21に巻回型の電池素子1を収容し、アルミラミネートフィルム2を折り返し部22により折り返して、アルミラミネートフィルム2の対向する辺同士を、正極リード11および負極リード12を挟むようにして、電池素子1のトップ側にて重ね合わせた。
(Element housing and exterior material folding process)
Next, as shown in FIG. 5B, the
(熱融着工程)
次に、図5Cに示すように、電池素子1のトップ側で重ね合わせた辺部同士を熱融着するとともに、電池素子1のサイド側で重ね合わされた辺部同士のうち、第2の領域R2側の辺部同士を熱融着して、熱融着部23を形成した。これにより、折り返されたアルミラミネートフィルム2の第2の領域2にアンダーポケット部24が形成されるとともに、折り返されたアルミラミネートフィルム2の第3の領域R3の側となる一端に開口部25が形成された。
(Heat fusion process)
Next, as shown in FIG. 5C, the sides overlapped on the top side of the
(エア供給工程)
次に、図5Dに示すように、開口部24の一端にエアを供給するための治具31を取り付け、開口部25の側からアンダーポケット部24にエアを供給して、アンダーポケット部24を膨らまし、電解液26を溜めるための空間を形成した。
(Air supply process)
Next, as shown in FIG. 5D, a
(注液工程)
次に、図6Aに示すように、アルミラミネートフィルム2に収容された電池素子1を真空チャンバ内に搬入し、真空チャンバ内において、開口部25が上方となるようにアルミラミネートフィルム2を保持した。その後、ノズルにより電解液26を開口部25からアルミラミネートフィルム内に供給し、アンダーポケット部24に電解液26を溜めた。なお、電解液の注液量は1830mgとした。
(Liquid injection process)
Next, as shown in FIG. 6A, the
(脱気工程)
次に、図6Bに示すように、真空チャンバ内を減圧し、アルミラミネートフィルム内の空間、電池素子1、および電解液26を脱気した。
(Deaeration process)
Next, as shown in FIG. 6B, the inside of the vacuum chamber was decompressed, and the space in the aluminum laminate film, the
(熱融着工程)
次に、図6Cに示すように、真空状態を維持した状態にて、電池素子1の両サイドのうち、開口部25の側となるサイド部分において、アルミラミネートフィルム2を熱融着し、熱融着部23を形成した。
(Heat fusion process)
Next, as shown in FIG. 6C, in a state where the vacuum state is maintained, the
(含浸工程)
次に、真空チャンバを大気解放した。これにより、図7Aに示すように、アンダーポケット部24が大気圧で潰されて、電池素子1に対して電解液26が含浸された。
(Impregnation process)
The vacuum chamber was then released to the atmosphere. As a result, as shown in FIG. 7A, the under
(封止工程)
次に、図7Bに示すように、電池素子1の両サイドのうち、アンダーポケット部24の側となるサイド部分において、アルミラミネートフィルム2を熱融着し、熱融着部23を形成した。これにより、電池素子1がアルミラミネートフィルム2により封止された。
(Sealing process)
Next, as shown in FIG. 7B, the
(切断工程)
次に、図7Cに示すように、電池素子1の両サイド側に形成された熱融着部23を残すようにして、余分なアンダーポケット部24および開口部25を切断した。
以上により、目的とする電池パックが得られた。
(Cutting process)
Next, as shown in FIG. 7C, the excess under
Thus, the intended battery pack was obtained.
(比較例1)
エアの送り込みによりアンダーポケット部24を膨らまして空間を形成する代わりに、アンダーポケット部24に深絞りにより深さ2.5mmの空間を形成する以外は、実施例1と同様にして電池パックを得た。
(Comparative Example 1)
A battery pack is obtained in the same manner as in Example 1 except that a space having a depth of 2.5 mm is formed in the
(比較例2)
以下、図11A〜図12Cを参照しながら、比較例2に係る電池素子パックの製造方法について説明する。
(Comparative Example 2)
Hereinafter, a method for manufacturing a battery element pack according to Comparative Example 2 will be described with reference to FIGS. 11A to 12C.
(外装材準備工程)
まず、外装材として、ナイロンフィルム、アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルム2を準備した。
(Exterior material preparation process)
First, a rectangular aluminum laminated
(収容空間成型工程)
次に、図11Aに示すように、このアルミラミネートフィルム2のポリエチレンフィルム側の面をおよそ6つに等分割したうちの中央部の1つの領域に、エンボス成型を施し、収容空間としてのエンボス成型部21を形成した。
(Containment space molding process)
Next, as shown in FIG. 11A, embossing is performed on one area of the central portion of the
(素子収容および外装材折り返し工程)
次に、図11Bに示すように、エンボス成型部21に巻回型の電池素子1を収容し、アルミラミネートフィルム2を折り返し部により折り返して、アルミラミネートフィルム2の対向する辺同士を、正極リード11および負極リード12を挟むようにして、電池素子1のトップ側にて重ね合わせた。
(Element housing and exterior material folding process)
Next, as shown in FIG. 11B, the
(熱融着工程)
次に、図11Cに示すように、電池素子1のトップ側で重ね合わせた辺部同士を熱融着するとともに、電池素子1の両サイドのうち、第2の領域R2の側となるサイド部分において、アルミラミネートフィルム2を熱融着し、熱融着部23を形成した。これにより、折り返されたアルミラミネートフィルム2の第3の領域R3の側となる一端に開口部25が形成された。
(Heat fusion process)
Next, as shown in FIG. 11C, the side portions overlapped on the top side of the
(注液工程)
次に、図11Dに示すように、アルミラミネートフィルム2に収容された電池素子1を真空チャンバ内に搬入し、真空チャンバ内において、開口部25が上方となるようにアルミラミネートフィルム2を保持した。その後、ノズルにより電解液26を開口部25に供給し、電池素子1の上方に電解液26を溜めた。なお、電解液の注液量は1830mgとした。
(Liquid injection process)
Next, as shown in FIG. 11D, the
(脱気工程および含浸工程)
次に、図11Dに示すように、真空チャンバ内を減圧し、アルミラミネートフィルム内の空間、電池素子1、および電解液26を脱気するとともに、開口部25に溜められた電解液26を電池素子1に含浸させた。この際、すべての電解液26を電池素子1に対して含浸することができず、開口部25に電解液26が残存した。
(Deaeration process and impregnation process)
Next, as shown in FIG. 11D, the inside of the vacuum chamber is depressurized, the space in the aluminum laminate film, the
(封止工程)
次に、図12Aに示すように、電池素子1の両サイドのうち、第2の領域R2の側となるサイド部分において、アルミラミネートフィルム2を熱融着し、熱融着部23を形成した。これにより、電池素子1がアルミラミネートフィルム2により封止された。
(Sealing process)
Next, as shown in FIG. 12A, the
(切断工程)
次に、図12Bに示すように、電池素子1の両サイド側に形成された熱融着部23を残すようにして、余分な第1の領域R1および第2の領域R2のアルミラミネートフィルム2を切断した。
以上により、目的とする電池パックが得られた。
(Cutting process)
Next, as shown in FIG. 12B, the
Thus, the intended battery pack was obtained.
(電解液の液減少量および液減少率)
実施例1および比較例1、2の電池パックの電解液の減少量および減少率を以下のようにして求めた。
まず、電解液の注液量を下記の式(6)により求めた。
注液量=(注液後の電池パックの質量)−(注液前の電池パックの質量)[g] ・・・(6)
次に、実施例1および比較例1、2の5個の電池パックについて脱気工程前後の電解液の液減少量を下記の式(7)により求め、求めた液減少量を単純に平均(算術平均)して、液減少量の平均値を求めた。
液減少量の平均値=(脱気工程前の電池パックの質量)−(脱気工程後(真空シール後)の電池パックの質量)[g] ・・・(7)
(Amount of electrolyte decrease and rate of decrease)
The amount of decrease and the rate of decrease in the electrolyte solution of the battery packs of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were determined as follows.
First, the injection amount of the electrolytic solution was determined by the following formula (6).
Injection volume = (mass of battery pack after pouring)-(mass of battery pack before pouring) [g] (6)
Next, for the five battery packs of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the amount of decrease in the electrolyte before and after the deaeration process was determined by the following formula (7), and the calculated amount of decrease in liquid was simply averaged ( (Arithmetic average), and the average value of the liquid reduction amount was obtained.
Average value of liquid reduction amount = (mass of battery pack before deaeration process) − (mass of battery pack after deaeration process (after vacuum sealing)) [g] (7)
次に、上述のようにして求めた注液量と液減少量の平均値とを、下記の式(8)に代入することにより、脱気工程前後の電解液の液減少率を求めた。
液減少率=(液減少量の平均値/注液量)×100[%] ・・・(8)
Next, the liquid reduction rate of the electrolytic solution before and after the deaeration process was obtained by substituting the injection amount and the average value of the liquid reduction amount obtained as described above into the following formula (8).
Liquid reduction rate = (average value of liquid reduction amount / injection amount) × 100 [%] (8)
(電解液の残り量)
実施例1および比較例1の電池パックの電解液の液残り量を以下のようにして求めた。
まず、上述の切断工程にて切断したアンダーポケット部のアルミラミネートフィルムの質量(以下、「電解液除去前のフィルム質量」と称する。)を測定した。次に、このアルミラミネートフィルムのシール部をめくって、電解液を全て拭き取り、乾燥させた後、アルミラミネートフィルムの質量(以下、「電解液除去後のフィルム質量」と称する。)を再度測定した。次に、これらの測定値を下記の式(9)に代入することにより、液残り量を算出した。
液残り量=(電解液除去前のフィルム質量)−(電解液除去後のフィルム質量) ・・・(9)
上述の測定および算出を実施例1および比較例1の5個の電池パックについて行い、求めた液残り量を単純に平均(算術平均)して、液残り量の平均値を求めた。
(Remaining amount of electrolyte)
The remaining amount of electrolyte in the battery packs of Example 1 and Comparative Example 1 was determined as follows.
First, the mass of the aluminum laminated film of the under pocket part cut | disconnected by the above-mentioned cutting process (henceforth "the film mass before electrolyte solution removal") was measured. Next, the seal part of the aluminum laminate film was turned over, and all the electrolyte solution was wiped off and dried. Then, the mass of the aluminum laminate film (hereinafter referred to as “film mass after removing the electrolyte solution”) was measured again. . Next, the liquid remaining amount was calculated by substituting these measured values into the following formula (9).
Residual liquid amount = (film mass before removing electrolytic solution) − (film mass after removing electrolytic solution) (9)
The above measurement and calculation were performed for the five battery packs of Example 1 and Comparative Example 1, and the obtained liquid remaining amount was simply averaged (arithmetic average) to obtain the average value of the liquid remaining amount.
表1は、実施例1、および比較例1、2の電池パックの評価結果を示す。
表1から以下のことがわかる。
アンダーポケット部を用いて作製した実施例1および比較例1では、アンダーポケット部を用いずに作製した比較例2に比して、電解液の減少率を低減することができる。これは、実施例1および比較例1では、脱気工程における電解液の飛散、および封止工程における電解液の溢れが比較例2に比して抑制されているためである。
アンダーポケット部の空間をエアの送り込みにより形成した実施例1では、アンダーポケットの空間を深絞り成形により形成した比較例1に比して、電解液の残り量のばらつきを低減することができる。これは、アルミラミネートフィルムを塑性変形させた場合には、大気圧のみでは安定した量の電解液を電池素子に対して含浸させることが困難であるためと考えられる。
Table 1 shows the following.
In Example 1 and Comparative Example 1 manufactured using the under pocket part, the reduction rate of the electrolytic solution can be reduced as compared with Comparative Example 2 manufactured without using the under pocket part. This is because in Example 1 and Comparative Example 1, the scattering of the electrolytic solution in the deaeration process and the overflow of the electrolytic solution in the sealing process are suppressed as compared with Comparative Example 2.
In Example 1 in which the space of the under pocket portion is formed by air feeding, variation in the remaining amount of the electrolytic solution can be reduced as compared with Comparative Example 1 in which the space of the under pocket is formed by deep drawing. This is considered to be because when the aluminum laminate film is plastically deformed, it is difficult to impregnate the battery element with a stable amount of the electrolyte only at atmospheric pressure.
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The various deformation | transformation based on the technical idea of this invention is possible.
例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、形状、材料および数値などを用いてもよい。 For example, the configurations, methods, shapes, materials, numerical values, and the like given in the above-described embodiments are merely examples, and different configurations, methods, shapes, materials, numerical values, and the like may be used as necessary.
また、上述の実施形態の各構成は、この発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。 The configurations of the above-described embodiments can be combined with each other without departing from the gist of the present invention.
また、上述の実施形態では、電池素子に電解質用組成物または電解液を含浸させる場合を例として説明したが、本発明はこの例に限定されるものではない。例えば、多数の空孔を有する物体に対して、揮発性の高い液体などを高精度で含浸させる場合にも本発明は適用可能である。例えば、パックなどの収容材の一端にアンダーポケットを形成するとともに、他端に開口部を形成し、他端の開口部から真空引きして、真空パックすることで、多数の空孔を有する物体に対して、揮発性の高い液体を高精度で含浸させることができる。このようにして物体に液体を含浸させるので、物体全体を液体に浸す必要がなく、また、必要最小限の液量で含浸することも可能である。また、真空パックすることで、大気圧を利用した含浸効果を得ることができ、更には液の完全含浸(液残り無し)を狙うこともできる。パックなどの収容材としては、大気圧で変形し、潰れる強度を有するフィルム状のものなどが好ましい。物体に含浸した液量分の空間が大気圧で潰されて、液体の含浸が促進されるからである。 Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated as an example the case where a battery element was made to impregnate the composition for electrolyte or electrolyte solution, this invention is not limited to this example. For example, the present invention can also be applied to a case where an object having a large number of holes is impregnated with a highly volatile liquid or the like with high accuracy. For example, an object having a large number of holes is formed by forming an under pocket at one end of a storage material such as a pack, forming an opening at the other end, evacuating from the opening at the other end, and vacuum packing. On the other hand, a highly volatile liquid can be impregnated with high accuracy. Since the object is impregnated with the liquid in this way, it is not necessary to immerse the entire object in the liquid, and it is also possible to impregnate with the minimum amount of liquid. Moreover, the impregnation effect using atmospheric pressure can be obtained by vacuum packing, and further, complete impregnation of the liquid (no liquid residue) can be aimed at. As a storage material such as a pack, a film-like material having a strength to be deformed and crushed at atmospheric pressure is preferable. This is because the space corresponding to the amount of liquid impregnated in the object is crushed at atmospheric pressure, and liquid impregnation is promoted.
また、上述の実施形態では、リチウムイオン二次電池に対して本発明を適用した例について説明したが、本発明はこの例に限定されるものではなく、外装材により電池素子を封止する構造を有する種々の二次電池および一次電池に対して適用可能である。 In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a lithium ion secondary battery has been described. However, the present invention is not limited to this example, and a structure in which a battery element is sealed with an exterior material. It is applicable to various secondary batteries and primary batteries having
また、上述の実施形態では、巻回構造を有する電池素子に対してこの発明を適用した例について説明したが、電池素子の構造はこれに限定されるものではなく、正極および負極を折り畳んだ構造、または積み重ねた構造を有する電池素子などに対してもこの発明は適用可能である。 In the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to the battery element having the winding structure has been described. However, the structure of the battery element is not limited to this, and the positive electrode and the negative electrode are folded. The present invention is also applicable to battery elements having a stacked structure.
また、上述の実施形態では、電池素子として扁平型の電池素子を用いる場合を例として説明したが、電池素子の形状はこの例に限定されるものではなく、角形および円筒型などの従来公知の種々の形状の電池素子を用いることが可能である。 Further, in the above-described embodiment, the case where a flat battery element is used as the battery element has been described as an example. However, the shape of the battery element is not limited to this example, and is conventionally known such as a square or a cylindrical type. It is possible to use battery elements having various shapes.
また、上述の実施形態では、空気(エア)によりアンダーポケット部を膨らませる場合を例として説明したが、空気以外の気体によりアンダーポケット部を膨らませるようにしてもよい。空気以外の気体としては、例えば、ヘリウムやアルゴンなどの希ガスなどの、安定で反応性の低い気体を用いることが好ましい。 Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated as an example the case where an under pocket part is inflated with air (air), you may make it inflate an under pocket part with gas other than air. As the gas other than air, for example, a stable and low-reactive gas such as a rare gas such as helium or argon is preferably used.
1 電池素子
2 外装材
3 密着フィルム
11 正極リード
12 負極リード
13 正極
14 負極
13A 正極集電体
13B 正極活物質層
14A 負極集電体
14B 負極活物質層
15 セパレータ
16 電解質層
17 保護テープ
21 収容空間
22 折り返し部
23 熱融着部
24 アンダーポケット部
25 開口部
26 電解液、電解質用組成物
DESCRIPTION OF
Claims (8)
上記開口部から電解液を注液し、上記液収容部の空間に上記電解液を溜める注液部と、
上記開口部から上記外装材内を真空状態にて脱気する真空チャンバと
を備える電池の製造装置。 A gas supply part that forms a space by inflating the liquid storage part at the other end of the exterior material by introducing gas from the opening at one end of the exterior material that houses the battery element;
Injecting an electrolytic solution from the opening, and an injecting unit that stores the electrolytic solution in the space of the liquid storage unit;
A battery manufacturing apparatus comprising: a vacuum chamber for degassing the exterior material in a vacuum state from the opening.
上記開口部から電解質用組成物を注液し、上記液収容部の空間に上記電解質用組成物を溜める注液部と、
上記開口部から上記外装材内を真空状態にて脱気する真空チャンバと、
を備える電池の製造装置。 A gas supply part that forms a space by inflating the liquid storage part at the other end of the exterior material by introducing gas from the opening at one end of the exterior material that houses the battery element;
A liquid injection part for injecting the electrolyte composition from the opening and storing the electrolyte composition in the space of the liquid storage part;
A vacuum chamber for degassing the exterior material in a vacuum state from the opening;
A battery manufacturing apparatus comprising:
上記電池素子は、上記軟質性のフィルムと、上記硬質性のフィルムとの間に収容され、
上記気体供給部は、上記軟質性のフィルムを膨張させて空間を形成する請求項1または2記載の電池の製造装置。 The exterior material is composed of a soft film and a hard film,
The battery element is accommodated between the flexible film and the hard film,
The battery manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the gas supply unit expands the flexible film to form a space.
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