非水電解液二次電池の製造方法
【課題】本発明は、非水電解液二次電池の注液工程を短時間で行う技術を提供することを目的とする。
【解決手段】ケース内に、電極を捲回して構成される捲回体及び非水電解液を収容する非水電解液二次電池を製造する方法であって、前記非水電解液を前記ケース内に注液する際に、前記捲回体の捲回軸方向中央部の温度を捲回軸方向端部の温度よりも低くし、当該捲回体内に圧力差を発生させる。これにより、ケース内に注液される非水電解液に圧力をかけて捲回体中央部への浸透を促進する。
【解決手段】ケース内に、電極を捲回して構成される捲回体及び非水電解液を収容する非水電解液二次電池を製造する方法であって、前記非水電解液を前記ケース内に注液する際に、前記捲回体の捲回軸方向中央部の温度を捲回軸方向端部の温度よりも低くし、当該捲回体内に圧力差を発生させる。これにより、ケース内に注液される非水電解液に圧力をかけて捲回体中央部への浸透を促進する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解液二次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池の大容量化の要請に伴い、電極（正極および負極）を捲回して構成した捲回体の大型化が進んでいる。その一方で、大型化した捲回体に非水電解液を含浸させる作業工程の長時間化が問題となっている。
【０００３】
特許文献１には、真空ポンプ、加圧ポンプ、ガスボンベ及び注液ポンプに連通するチャンバ内で行われる非水電解液二次電池への注液工程が開示されている。
この注液工程は、真空ポンプによってチャンバ内を減圧する第一工程と、ガスボンベから非水電解液に溶解し得る気体を注入する第二工程と、加圧ポンプでチャンバ内を加圧しつつ、注液ポンプから二次電池に注液する第三工程と、真空ポンプで減圧し、第二工程で注入された気体を除去する第四工程とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３３５１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のように、真空ポンプで減圧した状態で電解液を注液する場合、注液用の設備が大型になり高コストに繋がるという課題がある。さらには、電池ケースに減圧用のポートが必要になるが、その開口位置に制約がある。このため、密度が高く、含浸に時間のかかる捲回体中央部への浸透時間を短くすることが困難であるという課題がある。
本発明は、捲回体中央部への非水電解液の浸透時間を短縮し、非水電解液二次電池への注液を短時間で行う技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の非水電解液二次電池の製造方法は、ケース内に、電極を捲回して構成される捲回体及び非水電解液を収容する非水電解液二次電池を製造する方法であって、前記非水電解液を前記ケース内に注液する際に、前記捲回体の捲回軸方向中央部の温度を捲回軸方向端部の温度よりも低くし、当該捲回体内に圧力差を発生させる。
【０００７】
前記捲回体は、前記電極を捲回した後に扁平状にプレスすることにより構成され、前記捲回した電極を扁平状にプレスして前記捲回体を構成する際に、前記捲回体の捲回軸方向中央部の温度を捲回軸方向端部の温度よりも低くすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、非水電解液二次電池の注液工程を短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】非水電解液二次電池を示す図である。
【図２】捲回体を示す図である。
【図３】非水電解液を注液する工程を示す図である。
【図４】注液工程における捲回体内での圧力の作用を示す図である。
【図５】捲回体をプレスする工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に示すように、非水電解液二次電池１（以下、単に「電池１」）は、捲回体２及び非水電解液を収容するケース３と、ケース３の一面から外方に向けて突出する正極・負極の外部端子４・４とを具備する。捲回体２は、電池１の充放電要素となる電極体であって、電極（正極および負極）を捲回して構成されている。外部端子４・４は、捲回体２の正極側・負極側にそれぞれ接続されている。ケース３において、外部端子４・４が突出する面には、ケース３内に非水電解液を注液するための注液口５が設けられている。
【００１１】
図２に示すように、電極材料が塗工された正極箔１１及び負極箔１２を、セパレータ１３を介して積層し、ロール状に捲回する。さらに、正極箔１１、負極箔１２、セパレータ１３をロール状に捲回した状態から、対向する両側からプレスすることによって、これらを扁平状に成形する。このようにして、ケース３の内部空間に応じた形状に成形された捲回体２が製造される。
捲回体２の捲回軸方向両端部には、正極箔１１及び負極箔１２の前記電極材料が塗工されていない未塗工部が突出しており、その部分において正極箔１１及び負極箔１２と外部端子４・４とがそれぞれ接続される。
【００１２】
図３及び図４に示すように、注液工程では、捲回体２がケース３に収容された状態で、注液口５からケース３内に非水電解液が注液される。ケース３内に注液された非水電解液は、捲回体２の開放端である捲回軸方向端からその中央部に向かって浸透し、捲回体２の内部に含浸する。
【００１３】
図３に示すように、注液工程中にケース３内に所定の温度分布が生じるように、ケース３の周囲に温度制御装置２０が配置されている。
温度制御装置２０は、ケース３を挿入できる深さを有する箱状に構成され、捲回体２の捲回軸方向中央部に相当する部位に冷却装置２１、捲回体２の捲回軸方向両端部に相当する部位に加熱装置２２・２２が内蔵されている。言い換えれば、加熱装置２２・２２は、捲回体２の開放端近傍に配置されており、冷却装置２１は、加熱装置２２・２２の間に配置されている。
【００１４】
冷却装置２１は、ケース３の幅広面の表面及び裏面に接する又はケース３の熱を抜熱可能なクーラ（冷却部）を含む。冷却装置２１は、捲回体２の捲回軸方向中央部に相当する位置、つまり電池１の外部端子４・４が配置される間の領域に設けられる。
注液工程において、冷却装置２１は、捲回体２の中央部の温度が他の部位よりも低くなるように電池１を冷却する。例えば、冷却装置２１によって冷却される部分において、捲回体２の温度が１０℃から１５℃程度となるように冷却装置２１の出力等を設定することが好ましい。
【００１５】
加熱装置２２は、ケース３の幅広面の表面及び裏面に接する又はケース３に熱を伝達可能なヒータ（加熱部）を含む。加熱装置２２のヒータは、捲回体２の捲回軸方向端部に相当する位置、つまり電池１の外部端子４・４が配置される部位及びその外側に設けられる。
注液工程において、加熱装置２２は、捲回体２の端部の温度が他の部位よりも高くなるように電池１を加熱する。例えば、加熱装置２２によって加熱される部分において、捲回体２の温度が７０℃から８０℃程度となるように加熱装置２２の出力等を設定することが好ましい。ただし、この設定温度の上限値は、捲回体２のセパレータ１３の温度特性等、電池１の構成要素の特性に応じて設定する必要がある。
【００１６】
以上のように、注液工程において、温度制御装置２０に収容された電池１は、捲回体２の中央部が冷却装置２１によって冷却されるとともに、その両端部が加熱装置２２・２２によって加熱される。
これにより、ケース３（捲回体２）内に温度分布が生じる。注液工程においてケース３内の体積は一定であるため、図４に示すように、捲回体２内には温度分布に応じた圧力分布が生じる。つまり、捲回体２内では、高温部が高圧、低温部が低圧となり、特に捲回軸方向中央部が低圧となる。従って、ケース３内に注入された非水電解液に圧力が作用し、捲回体２の中央部への含浸が促進される。
このように、注液工程において、温度制御装置２０を用いてケース３（捲回体２）内に温度分布を発生させることで、捲回体２の中央部への含浸速度を向上し、注液工程にかかる時間を短縮可能としている。
【００１７】
さらに、捲回体２だけでなくケース３内にも温度分布を作ることで、非水電解液がケース３内で対流し、捲回体２への含浸を促進させることができる。
また、電池ケース内を減圧し、ケース内外の圧力差を設ける従来技術と異なり、本実施形態では、ケース３内の捲回体２に温度差を設けて、圧力差を設けている。このため、大きな設備を必要とせず、電池１のケース３を収容し温度分布を付与する温度制御装置２０を導入するだけで良く、設備コストの面で有利である。
【００１８】
なお、温度制御装置２０の形態は、上記のような箱状のものに限らず、電池１のケース３の幅広面の全体を両側から挟み込むことが可能であれば良い。例えば、冷却装置２１及び加熱装置２２・２２を含む平板を二つ組み合わせて、ケース３の幅広面に当接させるなどの形態を採用できる。
また、冷却装置２１及び加熱装置２２・２２の配置は、非水電解液の含浸速度を向上したい部位（捲回体２の捲回軸方向中央部）が低温となり、その他の部位（捲回軸方向端部）が高温となるような温度分布を付与できるものであれば良く、上記の実施形態に限定されない。
【００１９】
図５に示すように、捲回体２をプレスする際に用いるプレス装置３０は、温度制御装置２０と同様の温度調整機能を有する。
すなわち、ロール状に捲回される捲回体２の相対する両側面を押圧し、扁平状にプレス成形するためのプレス装置３０は、捲回体２の捲回軸方向中央部分に相当する部位に冷却装置３１、捲回体２の捲回軸方向両端部に相当する部位に加熱装置３２・３２を備える。
【００２０】
冷却装置３１は、温度制御装置２０の冷却装置２１と同様に構成され、捲回体２の幅広面の表面及び裏面の熱を抜熱するものである。加熱装置３２は、温度制御装置２０の加熱装置２２と同様に構成され、捲回体２の幅広面の表面及び裏面を加熱するものである。
プレス装置３０によって捲回体２をプレスする際に、冷却装置３１及び加熱装置３２・３２によって、捲回体２自体に、注液工程で付与する温度分布と同様の温度分布を付与する。
【００２１】
以上のように、注液工程の前工程である捲回体２のプレス工程において、プレス装置３０によって捲回体２をプレスするとともに、捲回体２の捲回軸方向に沿って温度分布を付与することによって、注液工程における温度制御装置２０による温度分布の付与にかかる時間を短縮することができる。従って、注液工程にかかる時間をさらに短縮できる。
【符号の説明】
【００２２】
１：非水電解液二次電池、２：捲回体、３：ケース、２０：温度制御装置、２１：冷却装置、２２：加熱装置、３０：プレス装置、３１：冷却装置、３２：加熱装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解液二次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池の大容量化の要請に伴い、電極（正極および負極）を捲回して構成した捲回体の大型化が進んでいる。その一方で、大型化した捲回体に非水電解液を含浸させる作業工程の長時間化が問題となっている。
【０００３】
特許文献１には、真空ポンプ、加圧ポンプ、ガスボンベ及び注液ポンプに連通するチャンバ内で行われる非水電解液二次電池への注液工程が開示されている。
この注液工程は、真空ポンプによってチャンバ内を減圧する第一工程と、ガスボンベから非水電解液に溶解し得る気体を注入する第二工程と、加圧ポンプでチャンバ内を加圧しつつ、注液ポンプから二次電池に注液する第三工程と、真空ポンプで減圧し、第二工程で注入された気体を除去する第四工程とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３３５１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のように、真空ポンプで減圧した状態で電解液を注液する場合、注液用の設備が大型になり高コストに繋がるという課題がある。さらには、電池ケースに減圧用のポートが必要になるが、その開口位置に制約がある。このため、密度が高く、含浸に時間のかかる捲回体中央部への浸透時間を短くすることが困難であるという課題がある。
本発明は、捲回体中央部への非水電解液の浸透時間を短縮し、非水電解液二次電池への注液を短時間で行う技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の非水電解液二次電池の製造方法は、ケース内に、電極を捲回して構成される捲回体及び非水電解液を収容する非水電解液二次電池を製造する方法であって、前記非水電解液を前記ケース内に注液する際に、前記捲回体の捲回軸方向中央部の温度を捲回軸方向端部の温度よりも低くし、当該捲回体内に圧力差を発生させる。
【０００７】
前記捲回体は、前記電極を捲回した後に扁平状にプレスすることにより構成され、前記捲回した電極を扁平状にプレスして前記捲回体を構成する際に、前記捲回体の捲回軸方向中央部の温度を捲回軸方向端部の温度よりも低くすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、非水電解液二次電池の注液工程を短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】非水電解液二次電池を示す図である。
【図２】捲回体を示す図である。
【図３】非水電解液を注液する工程を示す図である。
【図４】注液工程における捲回体内での圧力の作用を示す図である。
【図５】捲回体をプレスする工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に示すように、非水電解液二次電池１（以下、単に「電池１」）は、捲回体２及び非水電解液を収容するケース３と、ケース３の一面から外方に向けて突出する正極・負極の外部端子４・４とを具備する。捲回体２は、電池１の充放電要素となる電極体であって、電極（正極および負極）を捲回して構成されている。外部端子４・４は、捲回体２の正極側・負極側にそれぞれ接続されている。ケース３において、外部端子４・４が突出する面には、ケース３内に非水電解液を注液するための注液口５が設けられている。
【００１１】
図２に示すように、電極材料が塗工された正極箔１１及び負極箔１２を、セパレータ１３を介して積層し、ロール状に捲回する。さらに、正極箔１１、負極箔１２、セパレータ１３をロール状に捲回した状態から、対向する両側からプレスすることによって、これらを扁平状に成形する。このようにして、ケース３の内部空間に応じた形状に成形された捲回体２が製造される。
捲回体２の捲回軸方向両端部には、正極箔１１及び負極箔１２の前記電極材料が塗工されていない未塗工部が突出しており、その部分において正極箔１１及び負極箔１２と外部端子４・４とがそれぞれ接続される。
【００１２】
図３及び図４に示すように、注液工程では、捲回体２がケース３に収容された状態で、注液口５からケース３内に非水電解液が注液される。ケース３内に注液された非水電解液は、捲回体２の開放端である捲回軸方向端からその中央部に向かって浸透し、捲回体２の内部に含浸する。
【００１３】
図３に示すように、注液工程中にケース３内に所定の温度分布が生じるように、ケース３の周囲に温度制御装置２０が配置されている。
温度制御装置２０は、ケース３を挿入できる深さを有する箱状に構成され、捲回体２の捲回軸方向中央部に相当する部位に冷却装置２１、捲回体２の捲回軸方向両端部に相当する部位に加熱装置２２・２２が内蔵されている。言い換えれば、加熱装置２２・２２は、捲回体２の開放端近傍に配置されており、冷却装置２１は、加熱装置２２・２２の間に配置されている。
【００１４】
冷却装置２１は、ケース３の幅広面の表面及び裏面に接する又はケース３の熱を抜熱可能なクーラ（冷却部）を含む。冷却装置２１は、捲回体２の捲回軸方向中央部に相当する位置、つまり電池１の外部端子４・４が配置される間の領域に設けられる。
注液工程において、冷却装置２１は、捲回体２の中央部の温度が他の部位よりも低くなるように電池１を冷却する。例えば、冷却装置２１によって冷却される部分において、捲回体２の温度が１０℃から１５℃程度となるように冷却装置２１の出力等を設定することが好ましい。
【００１５】
加熱装置２２は、ケース３の幅広面の表面及び裏面に接する又はケース３に熱を伝達可能なヒータ（加熱部）を含む。加熱装置２２のヒータは、捲回体２の捲回軸方向端部に相当する位置、つまり電池１の外部端子４・４が配置される部位及びその外側に設けられる。
注液工程において、加熱装置２２は、捲回体２の端部の温度が他の部位よりも高くなるように電池１を加熱する。例えば、加熱装置２２によって加熱される部分において、捲回体２の温度が７０℃から８０℃程度となるように加熱装置２２の出力等を設定することが好ましい。ただし、この設定温度の上限値は、捲回体２のセパレータ１３の温度特性等、電池１の構成要素の特性に応じて設定する必要がある。
【００１６】
以上のように、注液工程において、温度制御装置２０に収容された電池１は、捲回体２の中央部が冷却装置２１によって冷却されるとともに、その両端部が加熱装置２２・２２によって加熱される。
これにより、ケース３（捲回体２）内に温度分布が生じる。注液工程においてケース３内の体積は一定であるため、図４に示すように、捲回体２内には温度分布に応じた圧力分布が生じる。つまり、捲回体２内では、高温部が高圧、低温部が低圧となり、特に捲回軸方向中央部が低圧となる。従って、ケース３内に注入された非水電解液に圧力が作用し、捲回体２の中央部への含浸が促進される。
このように、注液工程において、温度制御装置２０を用いてケース３（捲回体２）内に温度分布を発生させることで、捲回体２の中央部への含浸速度を向上し、注液工程にかかる時間を短縮可能としている。
【００１７】
さらに、捲回体２だけでなくケース３内にも温度分布を作ることで、非水電解液がケース３内で対流し、捲回体２への含浸を促進させることができる。
また、電池ケース内を減圧し、ケース内外の圧力差を設ける従来技術と異なり、本実施形態では、ケース３内の捲回体２に温度差を設けて、圧力差を設けている。このため、大きな設備を必要とせず、電池１のケース３を収容し温度分布を付与する温度制御装置２０を導入するだけで良く、設備コストの面で有利である。
【００１８】
なお、温度制御装置２０の形態は、上記のような箱状のものに限らず、電池１のケース３の幅広面の全体を両側から挟み込むことが可能であれば良い。例えば、冷却装置２１及び加熱装置２２・２２を含む平板を二つ組み合わせて、ケース３の幅広面に当接させるなどの形態を採用できる。
また、冷却装置２１及び加熱装置２２・２２の配置は、非水電解液の含浸速度を向上したい部位（捲回体２の捲回軸方向中央部）が低温となり、その他の部位（捲回軸方向端部）が高温となるような温度分布を付与できるものであれば良く、上記の実施形態に限定されない。
【００１９】
図５に示すように、捲回体２をプレスする際に用いるプレス装置３０は、温度制御装置２０と同様の温度調整機能を有する。
すなわち、ロール状に捲回される捲回体２の相対する両側面を押圧し、扁平状にプレス成形するためのプレス装置３０は、捲回体２の捲回軸方向中央部分に相当する部位に冷却装置３１、捲回体２の捲回軸方向両端部に相当する部位に加熱装置３２・３２を備える。
【００２０】
冷却装置３１は、温度制御装置２０の冷却装置２１と同様に構成され、捲回体２の幅広面の表面及び裏面の熱を抜熱するものである。加熱装置３２は、温度制御装置２０の加熱装置２２と同様に構成され、捲回体２の幅広面の表面及び裏面を加熱するものである。
プレス装置３０によって捲回体２をプレスする際に、冷却装置３１及び加熱装置３２・３２によって、捲回体２自体に、注液工程で付与する温度分布と同様の温度分布を付与する。
【００２１】
以上のように、注液工程の前工程である捲回体２のプレス工程において、プレス装置３０によって捲回体２をプレスするとともに、捲回体２の捲回軸方向に沿って温度分布を付与することによって、注液工程における温度制御装置２０による温度分布の付与にかかる時間を短縮することができる。従って、注液工程にかかる時間をさらに短縮できる。
【符号の説明】
【００２２】
１：非水電解液二次電池、２：捲回体、３：ケース、２０：温度制御装置、２１：冷却装置、２２：加熱装置、３０：プレス装置、３１：冷却装置、３２：加熱装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内に、電極を捲回して構成される捲回体及び非水電解液を収容する非水電解液二次電池を製造する方法であって、
前記非水電解液を前記ケース内に注液する際に、前記捲回体の捲回軸方向中央部の温度を捲回軸方向端部の温度よりも低くし、当該捲回体内に圧力差を発生させることを特徴とする非水電解液二次電池の製造方法。
【請求項２】
前記捲回体は、前記電極を捲回した後に扁平状にプレスすることにより構成され、
前記捲回した電極を扁平状にプレスして前記捲回体を構成する際に、
前記捲回体の捲回軸方向中央部の温度を捲回軸方向端部の温度よりも低くする請求項１に記載の非水電解液二次電池の製造方法。
【請求項１】
ケース内に、電極を捲回して構成される捲回体及び非水電解液を収容する非水電解液二次電池を製造する方法であって、
前記非水電解液を前記ケース内に注液する際に、前記捲回体の捲回軸方向中央部の温度を捲回軸方向端部の温度よりも低くし、当該捲回体内に圧力差を発生させることを特徴とする非水電解液二次電池の製造方法。
【請求項２】
前記捲回体は、前記電極を捲回した後に扁平状にプレスすることにより構成され、
前記捲回した電極を扁平状にプレスして前記捲回体を構成する際に、
前記捲回体の捲回軸方向中央部の温度を捲回軸方向端部の温度よりも低くする請求項１に記載の非水電解液二次電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１１００３３（Ｐ２０１３−１１００３３Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５５８３（Ｐ２０１１−２５５５８３）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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