JP2017063005A - Method for manufacturing assembled battery - Google Patents
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Abstract
【課題】容量の低下が起こりにくい組電池を製造可能な方法を提供する。【解決手段】ここに開示される組電池の製造方法は、電極体と電解質と電池ケースとを備える、複数の単電池を準備する準備工程と、第1の凸部および第1の凹部により形成された第1の冷却路を有する第1の冷却絶縁プレートと単電池とを、交互に所定方向に配列し、拘束する第1の拘束工程と、拘束した単電池を初期充電した後エージング処理するエージング工程と、第2の凸部および第2の凹部により形成された第2の冷却路を有する第2の冷却絶縁プレートと単電池とを、交互に所定方向に配列し、拘束する第2の拘束工程とを包含する。第2の拘束工程において第2の冷却絶縁プレートの第2の凸部が単電池の電池ケースに接触する位置は、第1の拘束工程において第1の冷却絶縁プレートの第1の凸部が単電池の電池ケースに接触する位置とは重なり合うことなく異なっている。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method capable of manufacturing an assembled battery in which capacity reduction is unlikely to occur. A battery assembly manufacturing method disclosed herein includes a preparing step of preparing a plurality of unit cells each including an electrode body, an electrolyte, and a battery case, and a first convex portion and a first concave portion. A first restraining step of alternately arranging the first cooling insulating plate having the controlled first cooling path and the unit cells in a predetermined direction and restraining them, and performing an aging treatment after the restrained unit cells are initially charged. The aging step, the second cooling insulating plate having the second cooling path formed by the second convex portion and the second concave portion, and the unit cell are alternately arranged in a predetermined direction and restrained. And a restraining step. At the position where the second convex portion of the second cooling insulating plate contacts the battery case of the single cell in the second restraining step, the first convex portion of the first cooling insulating plate is the single convex portion in the first restraining step. The position where the battery contacts the battery case is different without overlapping. [Selection diagram] Figure 1
Description
本発明は複数の充放電可能な単電池(二次電池)が所定方向に配列され且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束された組電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an assembled battery in which a plurality of chargeable / dischargeable cells (secondary batteries) are arranged in a predetermined direction and restrained in a state where a load is applied in the arrangement direction.
リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池その他の二次電池あるいはキャパシタ等の蓄電素子を単電池とし、該単電池を複数直列接続して成る組電池は、高出力が得られる電源として、車両搭載用電源、あるいはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池を単電池として複数直列接続して成る組電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられる。 Lithium-ion secondary batteries, nickel-metal hydride batteries, other secondary batteries or capacitors and other storage elements are used as unit cells. Importance is increasing as a power source or a power source for personal computers and portable terminals. In particular, an assembled battery formed by connecting a plurality of lithium ion secondary batteries that are lightweight and have a high energy density as a single battery is preferably used as a high-output power source for mounting on a vehicle.
一般的な組電池の構成の一つとしては、単電池と、凸部と凹部により冷却路が設けられた冷却絶縁プレートとが交互に所定方向に配列され、該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束された構成が挙げられる(例えば、特許文献1〜3参照)。 As one of the configurations of a general assembled battery, a single cell and a cooling insulating plate provided with a cooling path by a convex portion and a concave portion are alternately arranged in a predetermined direction, and a load is applied in the arrangement direction. The structure restrained by the state is mentioned (for example, refer patent documents 1-3).
組電池においては、単電池が、その配列方向に荷重が加えられた状態で拘束されることにより、単電池の電池ケース内部に収容された電極体にも圧力が掛かる。ここで冷却絶縁プレートには凸部と凹部が形成されていることから、電極体のうち凸部と対向する部分と凹部に対向する部分とでは、掛かる圧力に差が生じる。本発明者らの検討によれば、電極体の内部において、電極体のうち凸部と対向する部分と凹部に対向する部分との間の圧力差によって、電極体の正極−負極間の距離(電極間距離)に分布が生じることがわかった。そして、このような電極間距離に分布が生じた状態においては、電極体のうち、凸部と対向する部分と凹部に対向する部分との境界部分において、金属リチウムが析出し易く、その結果電池容量が低下しやすくなることを新たに見出した。即ち、組電池において、電池容量の低下について改善の余地があることを新たに見出した。 In the assembled battery, the unit cells are constrained in a state where a load is applied in the arrangement direction, whereby pressure is also applied to the electrode body housed in the battery case of the unit cells. Here, since the cooling insulating plate is formed with the convex portion and the concave portion, there is a difference in the applied pressure between the portion facing the convex portion and the portion facing the concave portion of the electrode body. According to the study by the present inventors, the distance between the positive electrode and the negative electrode of the electrode body (the distance between the positive electrode and the negative electrode of the electrode body) due to the pressure difference between the portion facing the convex portion and the portion facing the concave portion in the electrode body. It was found that a distribution occurred in the distance between the electrodes). In such a state in which the inter-electrode distance is distributed, metallic lithium is likely to be deposited at the boundary portion between the portion facing the convex portion and the portion facing the concave portion of the electrode body. As a result, the battery It was newly found that the capacity tends to decrease. That is, the present inventors have newly found that there is room for improvement in battery capacity reduction in an assembled battery.
本発明は、かかる事情に鑑みて創出されたものであり、その目的は、容量の低下が起こりにくい組電池を製造可能な方法を提供することである。 The present invention has been created in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method capable of manufacturing an assembled battery in which a decrease in capacity is unlikely to occur.
ここに開示される組電池の製造方法は、正極シートと負極シートとがセパレータを介して積層された電極体と、電解質と、前記電極体および前記電解質を収容する電池ケースとを備える、複数の単電池を準備する準備工程と、第1の凸部および第1の凹部により形成された第1の冷却路を有する第1の冷却絶縁プレートと、前記単電池とを、交互に所定方向に配列し、該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束する第1の拘束工程と、前記拘束した単電池を初期充電した後エージング処理するエージング工程と、第2の凸部および第2の凹部により形成された第2の冷却路を有する第2の冷却絶縁プレートと、前記単電池とを、交互に所定方向に配列し、該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束する第2の拘束工程とを包含する。当該製造方法においては、前記第2の拘束工程において前記第2の冷却絶縁プレートの第2の凸部が前記単電池の電池ケースに接触する位置が、前記第1の拘束工程において前記第1の冷却絶縁プレートの第1の凸部が前記単電池の電池ケースに接触する位置とは重なり合うことなく異なっている。
このような構成によれば、エージング工程によって生じる電極体における電極間距離の分布と、組電池の構築により生じる電極体における電極間距離の分布とが異なるため、エージング工程によって生じる電極体における電極間距離の分布をキャンセルすることができる。その結果、得られる組電池において、電極体における電極間距離の分布を狭くすることができる。これにより、金属リチウムが析出しにくくなる。よって、容量の低下が起こりにくい組電池を製造することができる。
A method for manufacturing an assembled battery disclosed herein includes an electrode body in which a positive electrode sheet and a negative electrode sheet are laminated via a separator, an electrolyte, and a battery case that houses the electrode body and the electrolyte. A preparatory step for preparing a unit cell, a first cooling insulating plate having a first cooling path formed by a first projection and a first recess, and the unit cell are alternately arranged in a predetermined direction. And a first constraining step of constraining the load in the arrangement direction, an aging step of performing an aging process after initially charging the constrained unit cell, and a second convex portion and a second concave portion. A second restraining step of alternately arranging the second cooling insulating plates having the formed second cooling paths and the unit cells in a predetermined direction and restraining the load in the arrangement direction. Including. In the manufacturing method, the position at which the second convex portion of the second cooling insulating plate is in contact with the battery case of the unit cell in the second restraining step is the first restraining step. The first protrusion of the cooling insulating plate is different from the position in contact with the battery case of the unit cell without overlapping.
According to such a configuration, the distribution of the distance between the electrodes in the electrode body generated by the aging process is different from the distribution of the distance between the electrodes in the electrode body generated by the construction of the assembled battery. Distance distribution can be canceled. As a result, in the obtained assembled battery, the distribution of the interelectrode distance in the electrode body can be narrowed. Thereby, it becomes difficult to deposit metallic lithium. Therefore, it is possible to manufacture an assembled battery in which the capacity is hardly reduced.
なお、本明細書において「単電池」とは、組電池を構成するために相互に直列接続され得る個々の蓄電素子を指す用語であり、特に限定しない限り種々の組成の電池、キャパシタを包含する。また、「二次電池」とは、繰り返し充電可能な電池一般をいい、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池を包含する。 In this specification, the “unit cell” is a term indicating individual storage elements that can be connected in series to form an assembled battery, and includes batteries and capacitors having various compositions unless otherwise specified. . The “secondary battery” generally refers to a battery that can be repeatedly charged, and includes so-called storage batteries such as lithium ion secondary batteries and nickel metal hydride batteries.
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、本発明を特徴付けない組電池の一般的な構成および製造プロセス)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that matters other than the matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention (for example, a general configuration and manufacturing process of an assembled battery that does not characterize the present invention) It can be grasped as a design matter of those skilled in the art based on the prior art. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field. Moreover, in the following drawings, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the member and site | part which show | plays the same effect | action. In addition, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect actual dimensional relationships.
図1に本実施形態に係る組電池の製造方法の概略を示す。本実施形態に係る組電池の製造方法は、正極シートと負極シートとがセパレータを介して積層された電極体と、電解質と、電極体および電解質を収容する電池ケースとを備える、複数の単電池を準備する準備工程S101と、第1の凸部および第1の凹部により形成された第1の冷却路を有する第1の冷却絶縁プレートと、単電池とを、交互に所定方向に配列し、該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束する第1の拘束工程S102と、拘束した単電池を初期充電した後エージング処理するエージング工程S103と、第2の凸部および第2の凹部により形成された第2の冷却路を有する第2の冷却絶縁プレートと、単電池とを、交互に所定方向に配列し、該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束する第2の拘束工程S104とを包含する。当該製造方法においては、第2の拘束工程S104において第2の冷却絶縁プレートの第2の凸部が単電池の電池ケースに接触する位置が、第1の拘束工程S102において第1の冷却絶縁プレートの第1の凸部が前記単電池の電池ケースに接触する位置とは重なり合うことなく異なっている。 The outline of the manufacturing method of the assembled battery which concerns on FIG. 1 at this embodiment is shown. A method of manufacturing an assembled battery according to the present embodiment includes a plurality of unit cells each including an electrode body in which a positive electrode sheet and a negative electrode sheet are stacked via a separator, an electrolyte, and a battery case that houses the electrode body and the electrolyte. The preparatory step S101 for preparing the first cooling insulating plate having the first cooling path formed by the first convex portion and the first concave portion, and the cells are alternately arranged in a predetermined direction, Formed by a first constraining step S102 for constraining a load in the arrangement direction, an aging step S103 for performing an aging process after initial charging of the constrained unit cells, and a second convex part and a second concave part A second restraining step S104 for alternately arranging the second cooling insulating plates having the second cooling paths and the cells in a predetermined direction and restraining the load in the arrangement direction; Include . In the manufacturing method, the position at which the second convex portion of the second cooling insulation plate contacts the battery case of the unit cell in the second restraint step S104 is the first cooling insulation plate in the first restraint step S102. The position of the first convex portion of the battery cell is different from the position where it contacts the battery case of the unit cell without overlapping.
単電池としては、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、電気二重層キャパシタ等が例示される。以下、単電池として、図2に示す扁平角形のリチウムイオン二次電池100を用いる場合を例にして、本実施形態に係る組電池の製造方法について説明する。
Examples of the single battery include a lithium ion secondary battery, a nickel metal hydride battery, a nickel cadmium battery, and an electric double layer capacitor. Hereinafter, the method for manufacturing the assembled battery according to the present embodiment will be described by taking as an example the case of using the flat rectangular lithium ion
まず、正極シート12と負極シート14とがセパレータ16を介して積層された電極体10と、電解質(図示せず)と、該電極体10および該電解質を収容する電池ケース50とを備える、複数の単電池100を準備する準備工程S101が行われる。準備工程S101は、公知方法に従って単電池(リチウムイオン二次電池)100を作製することにより行うことができる。
First, the
具体的に例えば、長尺な正極シート12と、長尺な負極シート14と、長尺な2枚のセパレータ16とを用意する。
Specifically, for example, a long
正極シート12は、公知方法に従い作製することができる。例えば、正極シート12は、正極活物質と導電材とバインダ等とを適当な溶媒中で混合した組成物を調製し、当該組成物を正極集電体の片面または両面上に塗布した後、乾燥することによって作製することができる。乾燥の後、正極シート12に適宜プレス処理を施してもよい。正極集電体としては、例えばアルミニウム箔等が挙げられる。正極活物質としては、例えばリチウム遷移金属酸化物(例、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNiO2、LiCoO2、LiFeO2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4等)や、リチウム遷移金属リン酸化合物(例、LiFePO4等)が挙げられる。導電材としては、アセチレンブラック(AB)等のカーボンブラックやその他(例、グラファイト等)の炭素材料を好適に使用し得る。バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等を使用し得る。
The
負極シート14は、公知方法に従い作製することができる。例えば、負極シート14は、負極活物質とバインダ等とを適当な溶媒中で混合して組成物を調製し、当該組成物を負極集電体の片面または両面上に塗布した後、乾燥することによって作製することができる。乾燥の後、負極シート14に適宜プレス処理を施してもよい。負極集電体としては、例えば銅箔等が挙げられる。負極活物質としては、例えば黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料を使用し得る。バインダとしては、スチレンブタジエンラバー(SBR)等を使用し得る。増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)等を使用し得る。
The
セパレータ16としては、例えばポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂から形成される多孔性シート(フィルム)が挙げられる。かかる多孔性シートは、単層構造であってもよく、二層以上の積層構造(例えば、PE層の両面にPP層が積層された三層構造)であってもよい。セパレータ16の表面には、耐熱層(HRL)が設けられていてもよい。
Examples of the
正極シート12および負極シート14を2枚のセパレータ16を介して重ね合わせて積層体を作製する。このとき、セパレータ16の幅方向の一方の端部より正極シート12が突出し、セパレータ16の幅方向の他方の端部より負極シート14が突出するように重ね合わせる。作製した積層体を長尺方向に捲回して、側面方向から押しつぶして拉げさせることによって、電極体10を得ることができる。なお、積層体自体を捲回断面が扁平形状となるように捲回して電極体10を作製してもよい。またなお、ここでは電極体10を捲回電極体として構成する場合について説明しているが、電極体10は、積層型電極体として構成してもよい。
The
次に、公知方法に従い、電極体10を電池ケース50に収容する。具体的には、開口部を有する扁平角形の電池ケース50の本体と、非水電解液の注入口を有する電池ケース50の蓋体とを用意する。蓋体は、電池ケース50の本体の開口部を塞ぐ寸法を有する。電池ケース50の材質としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼といった軽量で熱伝導性の良い金属材料が好ましく用いられる。電池ケース50の蓋体に正極端子60および正極集電板60aと負極端子62および負極集電板62aとを取り付ける。正極集電板60aおよび負極集電板62aを電極体10の端部に露出した正極シート12および負極シート14にそれぞれ溶接する。そして、電極体10を、電池ケース50の本体の開口部からその内部に収容し、電池ケース50の本体と蓋体とを溶接する。
Next, the
続いて、注入口から電解質(ここでは非水電解液)を注入する。非水電解液としては、典型的には非水溶媒中に、支持塩を含有させたものを用いることができる。非水溶媒としては、カーボネート類等が挙げられる。支持塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4等のリチウム塩等が挙げられる。非水電解液を注入後、注入口を封止して、図2に示す単電池(リチウムイオン二次電池)100を得ることができる。 Subsequently, an electrolyte (in this case, a non-aqueous electrolyte) is injected from the injection port. As the nonaqueous electrolytic solution, typically, a nonaqueous solvent containing a supporting salt can be used. Examples of the non-aqueous solvent include carbonates. Examples of the supporting salt include lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , and LiClO 4 . After injecting the non-aqueous electrolyte, the inlet is sealed to obtain a single battery (lithium ion secondary battery) 100 shown in FIG.
単電池(リチウムイオン二次電池)100は、組電池として用いる単電池の数だけ準備する。準備する単電池(リチウムイオン二次電池)100の数は、2個以上であり、典型的には3個〜35個(例えば10個〜25個)であるが、これに限られない。 A single battery (lithium ion secondary battery) 100 is prepared by the number of single batteries used as an assembled battery. The number of single cells (lithium ion secondary batteries) 100 to be prepared is two or more, and typically 3 to 35 (for example, 10 to 25), but is not limited thereto.
次に、単電池(リチウムイオン二次電池)100と、第1の凸部および第1の凹部により形成された第1の冷却路を有する第1の冷却絶縁プレートとを、交互に所定方向に配列し、該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束する第1の拘束工程S102が行われる。 Next, the unit cell (lithium ion secondary battery) 100 and the first cooling insulating plate having the first cooling path formed by the first convex portion and the first concave portion are alternately arranged in a predetermined direction. A first restraining step S102 for arranging and restraining in a state where a load is applied in the arranging direction is performed.
図3および図4に、第1の拘束工程S102で用いられる第1の冷却絶縁プレート30を示す。ここでは、6つの直線状の第1の凸部32が設けられており、隣接する凸部32の間に第1の凹部34が形成されている。この隣接する凸部32の間の第1の凹部34上の空間が第1の冷却路を構成する。第1の冷却絶縁プレート30は、絶縁性を確保するために、好ましくは樹脂製(例、ポリプロピレン製)である。
3 and 4 show the first cooling insulating
単電池(リチウムイオン二次電池)100と第1の冷却絶縁プレート30とを、例えば、図5および図6に示すように配列する。具体的には、複数の単電池100を、電池ケース50の幅広面が対向する方向に配置する。このとき、複数の単電池100を、それぞれの正極端子60および負極端子62が交互に配置されるように一つずつ反転させて配置する。第1の冷却絶縁プレート30は、単電池100の列の最初と最後の部分、および隣接する単電池100の間に配置する。隣接する単電池100間において、一方の正極端子60と他方の負極端子62とを接続具64によって電気的に接続する。
The single battery (lithium ion secondary battery) 100 and the first cooling insulating
このように配置した単電池100および第1の冷却絶縁プレート30を、配列方向に荷重が加えられた状態で拘束する。例えば、単電池100および第1の冷却絶縁プレート30の周囲に、複数の単電池100および第1の冷却絶縁プレート30をまとめて拘束する拘束部材を設ける。即ち、配列方向の最も外側(列の最初および最後)に位置する第1の冷却絶縁プレート30のさらに外側に、一対の拘束板70A、70Bを配置する。また、当該一対の拘束板70A、70Bを架橋するように締付け用ビーム材72を取り付ける。そして、ビーム材72の端部をビス74により拘束板70A、70Bに締め付け且つ固定することによって、単電池100をその配列方向に所定の荷重(拘束荷重)が加わるように拘束することができる。
The
上記拘束荷重の大きさは、単電池100の数、サイズ等に応じて、適宜選択すればよい。例えば、単電池100の電池ケース50の幅広面に掛かる面圧が104Pa〜106Paとなるように荷重をかけて拘束する。
What is necessary is just to select the magnitude | size of the said restraint load suitably according to the number, size, etc. of the
次に、拘束した単電池を初期充電した後エージング処理するエージング工程S103を行う。エージング工程S103は公知方法に従い行うことができる。 Next, an aging process S103 for performing an aging process after initially charging the constrained unit cell is performed. The aging step S103 can be performed according to a known method.
例えば、拘束した各単電池100を、例えば、SOC50%以上、好ましくはSOC60%以上、より好ましくはSOC70%以上、さらに好ましくは、SOC90%〜100%まで初期充電し、エージング処理を行う。エージング処理の温度としては、60℃以上が好ましい。エージング処理の温度が60℃以上であると、電極体10に含まれる樹脂製のセパレータ16の応力緩和が促進され、後述のエージング処理後の電極体における電極間距離の分布が生じやすくなる。エージング処理の時間としては、5時間以上が好ましく、10時間〜240時間がより好ましく、15時間〜168時間がさらに好ましい。
For example, each
エージング工程S103を実施した後には、次の第2の拘束工程S104に備えて、単電池100と第1の冷却絶縁プレート30との拘束を解く。
After performing the aging step S103, the restriction between the
次に、第2の凸部および第2の凹部により形成された第2の冷却路を有する第2の冷却絶縁プレートと、単電池100とを、交互に所定方向に配列し、該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束する第2の拘束工程S104を行う。
Next, the second cooling insulating plate having the second cooling path formed by the second convex portion and the second concave portion, and the
図7および図8に、第2の拘束工程S104で用いられる第2の冷却絶縁プレート40を示す。ここでは、7つの直線状の第2の凸部42が設けられており、隣接する凸部42の間に第2の凹部44が形成されている。この隣接する凸部42の間の第2の凹部44上の空間が第2の冷却路を構成する。第2の冷却絶縁プレート40は、絶縁性を確保するために、好ましくは樹脂製(例、ポリプロピレン製)である。
7 and 8 show the second cooling insulating
単電池100と第2の冷却絶縁プレート40の配列と拘束は、第1の拘束工程S102と同様にして行うことができる。第1の拘束工程S102および第2の拘束工程S104において、同じ拘束部材を使用することができる。
The arrangement and restraint of the
具体的に例えば、単電池100と第2の冷却絶縁プレート40とを、図9および図10に示すように配列する。具体的には、複数の単電池100を、電池ケース50の幅広面が対向する方向に配置する。このとき、複数の単電池100を、それぞれの正極端子60および負極端子62が交互に配置されるように一つずつ反転させて配置する。第2の冷却絶縁プレート40は、単電池100の列の最初と最後の部分、および隣接する単電池100の間に配置する。隣接する単電池100間において、一方の正極端子60と他方の負極端子62とを接続具64によって電気的に接続する。
Specifically, for example, the
このように配置した単電池100および第2の冷却絶縁プレート40を、配列方向に荷重が加えられた状態で拘束する。例えば、単電池100および第2の冷却絶縁プレート40の周囲に、複数の単電池100および第2の冷却絶縁プレート40をまとめて拘束する拘束部材を設ける。即ち、配列方向の最も外側(列の最初および最後)に位置する第2の冷却絶縁プレート40のさらに外側に、一対の拘束板70A、70Bを配置する。また、当該一対の拘束板70A、70Bを架橋するように締付け用ビーム材72を取り付ける。そして、ビーム材72の端部をビス74により拘束板70A、70Bに締め付け且つ固定することによって、単電池100をその配列方向に所定の荷重(拘束荷重)が加わるように拘束することができる。
The
荷重がなるべく単電池100の電極体10全体に加わるように、電池ケース50(の幅広面)の、電極体10の上方向(単電池100の正極端子60および負極端子62のある側を上とする。)の端部と対向する部分と、冷却絶縁プレート40の最上部の凸部42が電池ケースに接触する部分との距離は、冷却絶縁プレート40の隣接する凸部42の間の距離の半分以下であることが好ましい。同様に、電池ケース50(の幅広面)の、電極体10の下方向の端部と対向する部分と、冷却絶縁プレート40の最下部の凸部42が電池ケース50に接触する部分との距離は、冷却絶縁プレート40の隣接する凸部42の間の距離の半分以下であることが好ましい。
In order for the load to be applied to the
ここで、図4と図8との比較および図6と図10との比較からわかるように、第2の拘束工程S104において第2の冷却絶縁プレート40の第2の凸部42が単電池100の電池ケース50に接触する位置が、第1の拘束工程S102において第1の冷却絶縁プレート30の第1の凸部32が単電池100の電池ケース50に接触する位置とは重なり合うことなく異なっている。具体的には、第2の冷却絶縁プレート40の第2の凸部42が単電池100の電池ケース50に接触する位置と、それに隣接する第2の凸部42が単電池100の電池ケース50に接触する位置との間(特に、ちょうど中間の位置)に、第1の冷却絶縁プレート30の第1の凸部32が単電池100の電池ケース50に接触する位置が、位置している。
Here, as can be seen from the comparison between FIG. 4 and FIG. 8 and the comparison between FIG. 6 and FIG. 10, the second
上記のようにして得られる組電池200は、通常使用に供されるが、組電池200では、通常使用において、金属リチウムが析出しにくく、その結果電池容量が低下しにくくなっている。
The assembled
このように、エージング工程に供される冷却絶縁プレートと、通常使用に供される冷却絶縁プレートとを替えて、各冷却絶縁プレートの凸部が単電池100の電池ケース50に接する位置を異ならせることにより、電池容量の低下を防止できる理由については次のように考えられる。図11は、従来技術に従った組電池における単電池に収容された電極体の電極間距離を示す折れ線グラフである。図12は、図11の折れ線グラフ(細線)にエージング処理後の電極間距離を示す折れ線グラフ(太線)を重ねた図である。図13は、本実施形態に係る製造方法により得られる組電池200における単電池100に収容されている電極体10の電極間距離を示す折れ線グラフである。
In this way, the cooling insulating plate provided for the aging process and the cooling insulating plate provided for normal use are changed, and the positions where the convex portions of the respective cooling insulating plates are in contact with the
従来のように、図7および図8に示すような凸部および凹部に形成された冷却路を有する冷却絶縁プレートのみを用いて、単電池の配列と拘束を行い、初期充電およびエージング処理を経て組電池を得た場合、単電池に収容された電極体のうち、凸部に対向する部分では高面圧となるが、凹部に対向する部分では面圧が掛かりにくい。よって、凸部と対向する部分と凹部に対向する部分では、掛かる圧力に差が生じる。ここで、本発明者らの検討によれば、電極体の冷却絶縁プレートと接している部分について、正極−負極間の距離(電極間距離)を測定したところ、図11に示すように、凸部と対向している部分では、電極間距離が狭く(折れ線グラフの谷部分)、凹部と対向している部分では電極間距離が広くなっており(折れ線グラフの山部分)、その結果、電極間距離に分布が生じていることがわかった。そして、このような電極間距離に分布が生じた状態においては、電極体のうち凸部と対向する部分と凹部に対向する部分との境界部分において、金属リチウムが析出し易く、その結果電池容量が低下しやすいことがわかった。 As in the prior art, using only the cooling insulation plate having the cooling path formed in the convex part and the concave part as shown in FIGS. 7 and 8, the cells are arranged and constrained, and after initial charging and aging treatment When the assembled battery is obtained, the electrode body accommodated in the unit cell has a high surface pressure in the portion facing the convex portion, but the surface pressure is hardly applied in the portion facing the concave portion. Therefore, there is a difference in applied pressure between the portion facing the convex portion and the portion facing the concave portion. Here, according to the study by the present inventors, when the distance between the positive electrode and the negative electrode (distance between the electrodes) was measured for the portion of the electrode body in contact with the cooling insulation plate, as shown in FIG. The distance between the electrodes is narrow (the valley portion of the line graph) at the portion facing the portion, and the distance between the electrodes is wide at the portion facing the recess (the peak portion of the line graph). It was found that a distribution occurred between the distances. In such a state in which the distance between the electrodes is distributed, metallic lithium is likely to be deposited at the boundary portion between the portion facing the convex portion and the portion facing the concave portion of the electrode body. It was found that is easy to decrease.
これに対し、本実施形態のように、図3および図4に示すような第1の凸部および第1の凹部により形成された第1の冷却路を有する第1の冷却絶縁プレートを用いて、単電池の配列と拘束を行い、初期充電およびエージング処理し、図7および図8に示すような凸部および凹部に形成された冷却路を有する第2の冷却絶縁プレートを用いて単電池の配列と拘束を再び行う場合について検討する。エージング処理においては、第1の冷却絶縁プレートの第1の凸部および第1の凹部に基づいて、図12の太線で描かれた折れ線グラフに示されるような電極間距離の分布が生じる。一方、組電池が構成された後には、第2の冷却絶縁プレートの第2の凹部および第2の凸部に基づいて、図12の細線で描かれた折れ線グラフに示されるような電極間距離の分布が生じる。 On the other hand, as in the present embodiment, the first cooling insulating plate having the first cooling path formed by the first convex portion and the first concave portion as shown in FIGS. 3 and 4 is used. The battery is arranged and constrained, subjected to initial charging and aging treatment, and a single cooling cell is formed using a second cooling insulating plate having a cooling path formed in the convex part and the concave part as shown in FIGS. Consider the case of re-arranging and constraining. In the aging process, based on the first convex portion and the first concave portion of the first cooling insulating plate, a distribution of the inter-electrode distance as shown in the line graph drawn by a thick line in FIG. 12 is generated. On the other hand, after the assembled battery is configured, the inter-electrode distance as shown in the line graph drawn by the thin line in FIG. 12 based on the second concave portion and the second convex portion of the second cooling insulating plate. Distribution occurs.
ここで、第2の冷却絶縁プレート40の第2の凸部42が単電池100の電池ケース50に接触する位置が、第1の冷却絶縁プレート30の第1の凸部32が単電池100の電池ケース50に接触する位置とは重なり合うことなく異なっているため、図12に示されるように第1の冷却絶縁プレート30を使用した際の電極間距離を示す太線で描かれた折れ線グラフの谷部および山部の位置が、第2の冷却絶縁プレート40を使用した際の電極間距離を示す細線で描かれた折れ線グラフの谷部および山部の位置とは異なっている。このため、第1の冷却絶縁プレート30を使用してエージング処理した後に生じた電極間距離の分布がキャンセルされ、図13に示すように、組電池構成後の電極間距離の分布が狭くなる。このため、金属リチウムが析出しにくくなり、その結果電池容量が低下しにくくなると考えられる。
Here, the position where the second
上記拘束荷重の大きさは、単電池100の数、サイズ等に応じて、適宜選択すればよい。例えば、単電池100の電池ケース50の幅広面に掛かる面圧が104Pa〜106Paとなるように荷重をかけて拘束する。
What is necessary is just to select the magnitude | size of the said restraint load suitably according to the number, size, etc. of the
本実施形態に係る製造方法により得られる組電池は、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両搭載用高出力電源として好適に使用し得る。 The assembled battery obtained by the manufacturing method according to the present embodiment can be suitably used as a high output power source for mounting on a vehicle such as an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HV), and a plug-in hybrid vehicle (PHV).
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to a following example.
<試験例1>
正極集電体としてアルミニウム箔を使用し、その表面の所定領域に常法によってLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2を主体とするリチウムイオン二次電池用正極活物質層(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O288質量%、アセチレンブラック10質量%、ポリフッ化ビニリデン2質量%)を形成し、正極シートを作製した。
また、負極集電体として銅箔を使用し、その表面の所定領域に常法によって黒鉛を主体とするリチウムイオン電池用負極活物質層(黒鉛98質量%、スチレンブタジエンラバー1質量%、カルボキシメチルセルロース1質量%)を形成し、負極シートを作製した。
これら正負極シートをポリエチレン製セパレータシート(2枚)とともに積層して捲回し、次いで押しつぶすことによって扁平形状捲回電極体を作製した。
作製した捲回電極体に正負極それぞれのリード端子を溶接し、捲回電極体に対応する形状のアルミニウム製の箱型電池ケースに収容した。電池ケースには適当量の非水電解液(質量比1:1:1のエチレンカーボネート、エチルメチルカーボネートおよびジメチルカーボネートの混合溶媒にリチウム塩として濃度1MとなるLiPF6を溶解した電解液)を注入し、封止した。
このようにして単電池としてのリチウムイオン二次電池を得た。
<Test Example 1>
An aluminum foil is used as a positive electrode current collector, and a positive electrode active material layer (LiNi 2) for a lithium ion secondary battery mainly composed of LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 in a predetermined region on the surface thereof by a conventional method. 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 88% by mass, acetylene black 10% by mass, polyvinylidene fluoride 2% by mass) to form a positive electrode sheet.
Moreover, a copper foil is used as a negative electrode current collector, and a negative electrode active material layer for lithium ion batteries mainly composed of graphite in a predetermined region on its surface (98% by mass of graphite, 1% by mass of styrene butadiene rubber, carboxymethylcellulose) 1% by mass) to form a negative electrode sheet.
These positive and negative electrode sheets were laminated together with a polyethylene separator sheet (two sheets), wound, and then crushed to produce a flat wound electrode body.
The lead electrode of each positive and negative electrode was welded to the produced wound electrode body, and it accommodated in the aluminum box-type battery case of the shape corresponding to a wound electrode body. An appropriate amount of non-aqueous electrolyte (electrolyte obtained by dissolving LiPF 6 having a concentration of 1M as a lithium salt in a mixed solvent of ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate and dimethyl carbonate having a mass ratio of 1: 1: 1) is injected into the battery case. And sealed.
In this way, a lithium ion secondary battery as a single battery was obtained.
図3および4に示す形状の冷却絶縁プレートを用いて、図5に示すように、単電池と冷却絶縁プレートを配列し、拘束部材により、配列方向に拘束圧が掛かるように拘束した。
次いでこれを、SOC90%になるまで初期充電した後、65℃で160時間エージング処理した。
As shown in FIG. 5, using the cooling insulating plate having the shape shown in FIGS. 3 and 4, the cells and the cooling insulating plate were arranged and restrained by the restraining member so that a restraining pressure was applied in the arranging direction.
Subsequently, this was initially charged until SOC reached 90%, and then subjected to aging treatment at 65 ° C. for 160 hours.
次に、図7および8に示す形状の冷却絶縁プレートを用いて、図9に示すように、単電池と冷却絶縁プレートを配列し、拘束部材により、配列方向に拘束圧が掛かるように拘束し、試験例1に係る組電池を作製した。 Next, using the cooling insulating plate having the shape shown in FIGS. 7 and 8, the cells and the cooling insulating plate are arranged as shown in FIG. 9, and restrained by the restraining member so that the restraining pressure is applied in the arranging direction. Then, an assembled battery according to Test Example 1 was produced.
<試験例2>
試験例1と同様にして単電池を作製した。
次に、図7および8に示す形状の冷却絶縁プレートを用いて、図9に示すように、単電池と冷却絶縁プレートを配列し、拘束部材により、配列方向に拘束圧が掛かるように拘束した。
次いでこれを、SOC90%になるまで初期充電した後、65℃で160時間エージング処理し、試験例2に係る組電池を作製した。
<Test Example 2>
A single cell was produced in the same manner as in Test Example 1.
Next, using the cooling insulating plate having the shape shown in FIGS. 7 and 8, the cells and the cooling insulating plate are arranged as shown in FIG. 9, and restrained by the restraining member so that the restraining pressure is applied in the arranging direction. .
Next, this was initially charged until the SOC reached 90%, and then subjected to an aging treatment at 65 ° C. for 160 hours to produce an assembled battery according to Test Example 2.
[パルスサイクル試験]
試験例1および試験例2に係る組電池の初期容量を測定した後、25℃の環境下で、SOC80%の充電状態に調整した。そして、この電池に対して、−10℃の環境下で、50Cの定電流で10秒間パルス充電→1分間休止→50Cの定電流で10秒間パルス放電→1分間休止を1サイクルとするパルス充放電を3000サイクル繰り返した。その後、容量(パルスサイクル試験後の容量)を測定し、パルスサイクル試験前後での容量低下量を算出した。
結果を図14に示す。
[Pulse cycle test]
After measuring the initial capacity of the assembled batteries according to Test Example 1 and Test Example 2, the battery was adjusted to an SOC of 80% in a 25 ° C. environment. Then, for this battery, under the environment of −10 ° C., pulse charging with a constant current of 50 C for 10 seconds → pause for 1 minute → pulse discharge with a constant current of 50 C for 10 seconds → pause for 1 minute with one cycle. The discharge was repeated 3000 cycles. Thereafter, the capacity (capacity after the pulse cycle test) was measured, and the amount of capacity decrease before and after the pulse cycle test was calculated.
The results are shown in FIG.
試験例1は、本実施形態に係る製造方法に従い作製された組電池の例であり、試験例2は、従来方法により作製された組電池の例である。図14より、試験例1の組電池は、試験例2の組電池に比べ、金属リチウムが析出しやすい条件下でのパルスサイクル試験後において、容量の低下が小さいことがわかる。よって、本実施形態に係る製造方法によれば、容量の低下が起こりにくい組電池が得られることがわかる。 Test Example 1 is an example of an assembled battery manufactured according to the manufacturing method according to the present embodiment, and Test Example 2 is an example of an assembled battery manufactured by a conventional method. FIG. 14 shows that the assembled battery of Test Example 1 has a smaller capacity drop after the pulse cycle test under the condition where metallic lithium is likely to precipitate, compared to the assembled battery of Test Example 2. Therefore, it can be seen that according to the manufacturing method according to the present embodiment, an assembled battery in which the capacity is hardly reduced can be obtained.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
10 電極体
12 正極シート
14 負極シート
16 セパレータ
30 第1の冷却絶縁プレート
32 第1の凸部
34 第1の凹部
40 第2の冷却絶縁プレート
42 第2の凸部
44 第2の凹部
50 電池ケース
60 正極端子
62 負極端子
100 単電池
200 組電池
DESCRIPTION OF
Claims (1)
第1の凸部および第1の凹部により形成された第1の冷却路を有する第1の冷却絶縁プレートと、前記単電池とを、交互に所定方向に配列し、該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束する第1の拘束工程と、
前記拘束した単電池を初期充電した後エージング処理するエージング工程と、
第2の凸部および第2の凹部により形成された第2の冷却路を有する第2の冷却絶縁プレートと、前記単電池とを、交互に所定方向に配列し、該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束する第2の拘束工程と
を包含する組電池の製造方法であって、
前記第2の拘束工程において前記第2の冷却絶縁プレートの第2の凸部が前記単電池の電池ケースに接触する位置が、前記第1の拘束工程において前記第1の冷却絶縁プレートの第1の凸部が前記単電池の電池ケースに接触する位置とは重なり合うことなく異なっている、
組電池の製造方法。 A preparation step of preparing a plurality of unit cells, comprising an electrode body in which a positive electrode sheet and a negative electrode sheet are laminated via a separator, an electrolyte, and a battery case containing the electrode body and the electrolyte;
The first cooling insulating plate having the first cooling path formed by the first convex portion and the first concave portion and the unit cells are alternately arranged in a predetermined direction, and a load is applied in the arrangement direction. A first restraining step of restraining in a restrained state;
An aging step of performing an aging treatment after initially charging the constrained unit cell;
The second cooling insulating plate having the second cooling path formed by the second convex portion and the second concave portion and the unit cells are alternately arranged in a predetermined direction, and a load is applied in the arrangement direction. A battery assembly manufacturing method including a second restraining step of restraining in a restrained state,
The position at which the second convex portion of the second cooling insulation plate contacts the battery case of the unit cell in the second restraining step is the first position of the first cooling insulation plate in the first restraining step. Is different from the position where the convex part of the battery contacts the battery case without overlapping,
A method for producing an assembled battery.
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|---|---|---|---|---|
| US11355795B2 (en) | 2018-09-27 | 2022-06-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Battery manufacturing apparatus and battery manufacturing method |
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- 2015-09-25 JP JP2015188927A patent/JP2017063005A/en active Pending
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