WO2018180167A1 - 二次電池の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for manufacturing a secondary battery.
- the secondary battery has a structure in which an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte are enclosed in an exterior body.
- an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte are enclosed in an exterior body.
- lithium ions move between the positive electrode and the negative electrode through the electrolyte, and the battery is charged and discharged.
- the electrode assembly is accommodated in the exterior body, the electrolyte is injected into the exterior body, the inside of the exterior body is sealed, and the secondary battery precursor is obtained, and then the initial charge is performed. It is common.
- a solid-electrolyte interface coating (hereinafter referred to as “SEI coating”) is formed on the negative electrode surface to suppress decomposition of electrolyte components on the negative electrode surface when used as a secondary battery, It is known to extend the life of batteries.
- a secondary battery is provided by applying a restraining force in the thickness direction z of the electrode in the secondary battery precursor 300 by a restraining jig 200.
- a method of performing initial charging while restraining the precursor 300 is known. According to such a method, bubbles are prevented from adhering to the electrode surface of the secondary battery precursor 300, and formation of an SEI film having a uniform thickness is promoted.
- the restraining jig 200 applies a restraining force in the z direction to the one or more secondary battery precursors 300 via the restraining plate 205 between the movable plate 202 and the fixed plate 203 by the rotation of the bolt 201. It is supposed to be.
- the binding force is applied relatively uniformly over the entire surface of the upper surface 310 and the lower surface of the secondary battery precursor 300 (the surface facing the upper surface 310 in the secondary battery precursor) (not shown). For this reason, the SEI film can be formed with a relatively uniform thickness over the entire surface of the negative electrode during initial charging.
- Patent Documents 1 and 2 A secondary battery provided with a stepped portion has been reported as a secondary battery that meets such requirements.
- the inventors of the present invention constrain the secondary battery precursor 350 having a step portion (for example, a step portion 351 constituted by two upper surfaces having different heights as shown in FIG. 6) by the above-described method.
- a step portion for example, a step portion 351 constituted by two upper surfaces having different heights as shown in FIG. 6
- problems relating to safety and battery capacity due to unevenness in the thickness of the SEI film occur again.
- FIG. 6 when a restraining force is applied to the secondary battery precursor 350 having the step portion 351 using the restraining jig 200 as described above, the lower stage of the secondary battery precursor 350 is reduced.
- the present invention can perform initial charging while imparting a binding force to the entire surface of the secondary battery precursor more uniformly. It aims at providing the manufacturing method of a battery.
- the present invention performs the initial charging while more uniformly applying the binding force to the entire surface of the secondary battery precursor, thereby providing the SEI coating.
- An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a secondary battery in which is formed with a more uniform thickness over the entire surface of the negative electrode surface.
- the present invention An electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte are sealed in an exterior body, and a secondary battery precursor having a stepped portion is restrained by a fluid,
- the present invention relates to a method for manufacturing a secondary battery including a step of performing initial charging.
- a restraining force of an appropriate size is more uniformly applied to the entire surface of the secondary battery precursor.
- the initial charging can be performed while applying to the above. For this reason, in the initial charging step, charging unevenness due to bubbles is more sufficiently suppressed over the entire surface of the negative electrode surface, so that the SEI film is formed with a more uniform thickness.
- precipitation of lithium is more sufficiently suppressed, so that safety is improved and a decrease in battery capacity is suppressed.
- the typical perspective view of an example of the secondary battery precursor which has a level difference part is shown.
- the typical perspective view of another example of the secondary battery precursor which has a level difference part is shown.
- the typical perspective view which shows one embodiment of the process of performing initial charge, restraining the secondary battery precursor of FIG. 1 with a fluid in this invention is shown.
- the typical perspective view which shows one embodiment of the process of performing initial charge, restraining a secondary battery precursor with a restraint jig in a prior art is shown.
- the schematic perspective view of an example of the secondary battery precursor used in the schematic perspective view of FIG. 4 is shown.
- FIG. 4 is a schematic perspective view of the secondary battery precursor for explaining a binding force applied to the secondary battery precursor when a secondary battery precursor having a stepped portion is used.
- the present invention provides a method for manufacturing a secondary battery.
- the term “secondary battery” refers to a battery that can be repeatedly charged and discharged. Therefore, the “secondary battery” is not excessively bound by the name, and may include, for example, “electric storage device”.
- initial charging is performed while the secondary battery precursor is restrained by a fluid.
- the secondary battery precursor is an intermediate body or an intermediate structure of a secondary battery obtained by enclosing the electrode assembly and the electrolyte in an exterior body before the initial charging step.
- the overall shape of the secondary battery precursor used in the method of the present invention is not particularly limited.
- the shape may not have a portion (for example, a rectangular parallelepiped shape and a plate shape)
- a shape having a step portion is preferable from the viewpoint of practical utility in the field of secondary batteries.
- the step portion is a discontinuous portion of the upper surface that is configured by two upper surfaces having different heights in a side view, and the height of the steps locally changes between the two upper surfaces.
- the side view is a state when an object (for example, a secondary battery precursor) is placed and viewed from the side in the thickness (height) direction, and is in agreement with the side view.
- the placement is placement with the surface (plane) having the maximum area constituting the appearance of the object (for example, the secondary battery precursor) as the bottom surface.
- Side view includes side view by fluoroscopy. That is, the stepped portion is not only a stepped portion that can clearly distinguish the height difference when viewed from the side as shown in FIG. 1, but also the height difference when viewed from the side as shown in FIG. Actually includes a step portion that cannot be discriminated but can be discriminated by fluoroscopy.
- the stepped portion is generally composed of two upper surfaces 11a and 12a having different heights and a side surface 10a connecting the two upper surfaces therebetween.
- the upper surface is an upper surface when an object (for example, a secondary battery precursor) is placed.
- the planar shape of the secondary battery precursor is not particularly limited, and may be a rectangular shape or an irregular shape in the planar view.
- the plan view is a state when an object (for example, a secondary battery precursor) is placed and viewed from directly above the thickness (height) direction, and is in agreement with the plan view.
- the rectangular shape may be a rectangular shape or a square shape.
- the irregular shape in the plan view shape of the secondary battery precursor is a shape having a notch in the plan view.
- the notch is a part where a part of the cutout is intentionally lost from the initial shape.
- the initial shape before the formation of the notch is usually rectangular.
- the planar view shape of the notch is not particularly limited, and examples thereof include a rectangular shape, a triangular shape, a fan shape, a semicircular shape, and a circular shape.
- the shape of the secondary battery precursor is not particularly limited, and the secondary battery precursor may have any shape. It is clear that the effects of the present invention can be obtained.
- various elements in the drawings are merely schematically and exemplarily shown for understanding of the present invention, and the appearance and size ratio may be different from the actual ones.
- the “vertical direction”, “left / right direction”, and “front / back direction” used directly or indirectly in this specification correspond to directions corresponding to the vertical direction, left / right direction, and front / back direction in the drawing, respectively.
- the same reference numerals or symbols indicate the same members or the same meaning contents except that the shapes are different.
- the initial charging step is an initial charging step of the secondary battery precursor performed for the purpose of forming an SEI film on the negative electrode surface, and is also referred to as an initial charging step, a conditioning step, or a formation step.
- the SEI coating is formed by reducing and decomposing the additive contained in the electrolyte in the present step on the negative electrode surface, and suppresses further decomposition of the additive on the negative electrode surface during use as a secondary battery.
- the SEI coating typically includes one or more materials selected from the group consisting of LiF, Li 2 CO 3 , LiOH, and LiOCOOR (R represents a monovalent organic group such as an alkyl group).
- the initial charging is performed while restraining the secondary battery precursor with a fluid.
- the restraint by the fluid is tightening from the outside by the fluid for the secondary battery precursor, in other words, pressurization to the surface of the secondary battery precursor through the fluid. Or “fluid pressurization”.
- fluid uniform clamping or “fluid uniform pressurization” is used. I can also say.
- the secondary battery precursor is restrained (pressurized) using a fluid
- the fluid is subjected to a pressure (restraint force or pressure) applied to a part thereof based on Pascal's principle. Transmits to all other parts of the fluid as it is in a sealed container.
- a pressure straint force or pressure
- the binding force on the entire surface including the upper surface, the lower surface and the side surface (particularly the side surface of the stepped portion) of the secondary battery precursor ( Pressure) can be applied more uniformly.
- the binding force (pressure) can be more uniformly applied to the entire surface of the secondary battery precursor.
- the adhesion of bubbles during initial charging is more sufficiently suppressed over the entire surface of the negative electrode, and charging unevenness due to bubbles is also sufficiently suppressed over the entire surface of the negative electrode, so that the SEI coating is more uniform over the entire surface of the negative electrode surface. It is formed with an appropriate thickness.
- the initial charging is performed while restraining (pressurizing) the secondary battery precursor using an instrument such as the restraining jig described above without using a fluid, for example, in the low stage portion 11 in FIG.
- the SEI film cannot be formed with a uniform thickness over the entire surface.
- the method of restraining with the fluid is not particularly limited as long as the surface of the secondary battery precursor is pressurized with the fluid.
- the secondary battery is contained in the fluid 2 previously contained in the pressurized chamber 20.
- a method of placing the precursor 1 and pressurizing the inside of the pressurizing chamber 20 can be employed. Specifically, a pressurizing pump (not shown) is connected to the pressurizing chamber 20, and the fluid 2 is supplied to the inside of the pressurizing chamber 20 by the pressurizing pump, so Pressurization is achieved, and pressurization of the secondary battery precursor surface by the fluid is achieved.
- the fluid restraining method is to increase the size of the pressurizing chamber, so that even if two or more secondary battery precursors 1 are used as shown in FIG.
- the binding force can be applied more uniformly, it is advantageous for mass production of secondary batteries. Since the fluid 2 transmits a restraining force (pressure) inside the pressurizing chamber 20, the restraining force does not change depending on the position where the secondary battery precursor 1 is disposed, and is constant.
- the secondary battery precursor 1 may be placed on a flat shelf or the like inside the pressurized chamber 20, or a cloth-like, mesh-like or net-like shape having both ends suspended like a hammock. It may be placed on a cloth or the like.
- the direction in which the secondary battery precursor 1 is arranged may be horizontal (flat) or vertical.
- the fluid is not particularly limited as long as it can transmit pressure, and may be a gas, a liquid, or a composite thereof (both gas and liquid).
- the gas include air, water vapor, inert gas, or a mixed gas thereof.
- the inert gas include helium, neon, argon, and nitrogen.
- Specific examples of the liquid include water and oil. It is preferable to use a gas (particularly air) alone as the fluid from the viewpoint of restraint work ease.
- water and / or water vapor is used as the fluid, the secondary battery precursor is accommodated in a water-resistant bag to avoid direct contact between the secondary battery precursor and the fluid. It is preferable to carry out.
- the fluid stored in advance in the pressurization chamber and the fluid supplied to the pressurization chamber by the pressurization pump are independently from the above-described fluids. May be selected.
- the fluid supplied by the pressurized pump into the pressurized chamber may be either or both of a gas and a liquid.
- a gas (especially air) is preliminarily contained in the interior of the pressurized chamber, the gas (especially air) is independently added to the inside of the pressurized chamber from the viewpoint of further improving the workability of restraint. Supply by a pressure pump is preferred.
- the secondary battery precursor is placed in the gas inside the pressurizing chamber, and the gas inside the pressurizing chamber is supplied by the pressurizing pump alone, thereby increasing the pressure inside the pressurizing chamber. As a result, pressurization of the secondary battery precursor surface with gas is achieved.
- the fluid supplied by the pressurized pump into the pressurized chamber is either one or both of gas and liquid.
- the secondary battery precursor is disposed in the liquid inside the pressurized chamber, and one or both of gas and liquid are supplied to the inside of the pressurized chamber by a pressure pump. Pressurization of the secondary battery precursor surface by the fluid is achieved as a result.
- a liquid or a composite of liquid and gas is previously stored in the pressurized chamber, the secondary battery precursor is disposed in the liquid in the pressurized chamber, and the gas is singly contained in the pressurized chamber.
- the pressurizing pump When supplied by the pressurizing pump, the liquid level inside the pressurizing chamber is pressed by the supplied gas. Thereby, the liquid transmits the pressing force, and as a result, pressurization of the secondary battery precursor surface is achieved.
- the binding force by the fluid (that is, the pressure on the surface of the secondary battery precursor) is not particularly limited as long as adhesion of the gas generated in this step to the negative electrode surface is suppressed, and is usually a pressure higher than atmospheric pressure. .
- the binding force by the fluid is usually in the range of 0.1 MPa to 1.0 MPa, particularly 0.1 MPa to less than 1.0 MPa, and preferably 0 from the viewpoint of further suppressing the adhesion of gas to the negative electrode surface. Within the range of 1 MPa to 0.5 MPa. In this way, the restraining force when using a fluid is considerably smaller than the restraining force when using an instrument such as the restraining jig described above.
- a restraining force of, for example, 1.0 MPa or more and 3.0 MPa or less is required to sufficiently suppress the adhesion of gas to the negative electrode surface. Met. For this reason, the electrode, separator, etc. which are accommodated in the exterior body may be damaged by the binding force.
- the restraint force since the restraint force is applied by the fluid, the restraint force within the above-described range is sufficient to sufficiently suppress the adhesion of gas to the negative electrode surface. For this reason, in this invention, the damage by restraint force, such as an electrode and a separator accommodated in the inside of an exterior body, can be suppressed.
- the secondary battery precursor is preferably maintained at a temperature in the range of 25 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, more preferably 35 ° C. or higher and 90 ° C., from the viewpoint of further suppressing the adhesion of gas to the negative electrode surface. It is maintained at a temperature within the following range, more preferably 40 ° C. or more and 85 ° C. or less. Specifically, the temperature of the surrounding fluid (atmosphere) where the secondary battery precursor is disposed in this step may be maintained within the above range.
- initial charging is performed while restraining the secondary battery precursor with the fluid as described above.
- charging may be performed at least once.
- charge and discharge is performed at least once.
- One charge / discharge includes one charge and one subsequent discharge. If charging / discharging is performed twice or more, the charging-discharging is repeated the corresponding number of times.
- the secondary battery precursor may be restrained by the fluid during at least the first charge, and preferably during all charging and discharging.
- the charging method may be a constant current charging method or a constant voltage charging method, or a combination thereof. For example, constant voltage charging and constant voltage charging may be repeated during one charge.
- the charging conditions are not particularly limited as long as the SEI film is formed. From the viewpoint of further improving the uniformity of the thickness of the SEI film, it is preferable to perform constant voltage charging after performing constant current charging. When performing constant voltage charging after performing constant current charging, it is preferable to employ the following charging conditions from the viewpoint of further improving the uniformity of the SEI film thickness.
- the temperature at the time of charge should just be in the range similar to the temperature of the above-mentioned secondary battery precursor.
- Constant current charging method Constant current charging is performed until a voltage value of 1 V or more and 6 V or less, particularly 3 V or more and 5 V or less at a constant current value of 0.01 CA or more and 3 CA or less, particularly 0.05 CA or more and 2 CA or less.
- 1CA is a current value when the rated capacity of the secondary battery is discharged in 1 hour.
- Constant voltage charging method The constant voltage charging is performed until the voltage value achieved by the constant current charging reaches a predetermined value smaller than the constant current value at the time of constant current charging or until a predetermined time elapses.
- the discharge method may be a constant current discharge method, a constant voltage discharge method, or a combination thereof.
- the discharge conditions are not particularly limited as long as the SEI film is formed. From the viewpoint of further improving the uniformity of the thickness of the SEI film, it is preferable to perform constant current discharge. When performing constant current discharge, it is preferable to employ the following discharge conditions from the viewpoint of further improving the uniformity of the SEI film thickness.
- the temperature at the time of discharge may be in the same range as the temperature of the secondary battery precursor described above, or may be a temperature lower than that at the time of charging.
- Constant current discharge method Constant current discharge is performed at a constant current value of 0.1 CA or more and 3 CA or less, particularly 0.2 CA or more and 2 CA or less until a voltage value of 1 V or more and 4 V or less, particularly 2 V or more and 3.5 V or less.
- a wet adhesion process may be performed immediately before the initial charging process. From the viewpoint of further improving the uniformity of the SEI coating thickness, it is preferable to perform the initial charging step described above after the wet bonding step.
- the wet adhesion process is a process of pressurizing the secondary battery precursor in the thickness direction.
- the wet adhesion process promotes adhesion between the electrodes (positive electrode and negative electrode) and the separator, and as a result, uniform battery characteristics are achieved.
- the thickness and shape of the secondary battery can be controlled. Wet means that the electrode is wetted by the electrolyte inside the secondary battery precursor.
- the pressurizing method is not particularly limited as long as the pressure can be applied to the precursor from the outside of the secondary battery precursor, and for example, a press plate pressurizing method can be mentioned.
- the press plate type pressurizing method is a method of applying pressure to the precursor from the outside of the secondary battery precursor by a press plate, and may apply pressure between a pair of press plates, or one A pressure may be applied between the press plate and one fixed plate.
- you may perform restraint (or pressurization) by the fluid in an above-mentioned initial charge process as pressurization in a wet adhesion process.
- the pressure on the surface of the secondary battery precursor is not particularly limited as long as adhesion between the electrodes (positive electrode and negative electrode) and the separator is promoted, and is usually a pressure higher than atmospheric pressure.
- the pressure is usually in the range of 0.1 MPa to 5.0 MPa, and preferably in the range of 0.8 MPa to 2.5 MPa from the viewpoint of further promoting the adhesion.
- the temperature of the secondary battery precursor is not particularly limited, and may be maintained within a range of 25 ° C. or more and 110 ° C. or less, for example.
- the secondary battery precursor is preferably maintained at a temperature in the range of 50 ° C. to 100 ° C., more preferably 70 ° C., from the viewpoint of further promoting adhesion between the electrode (positive electrode and negative electrode) and the separator.
- the temperature is maintained within a range of 95 ° C. or lower, more preferably 75 ° C. or higher and 90 ° C. or lower.
- the temperature of the secondary battery precursor can be maintained within the above range by heating the press plate to the above temperature.
- the pressurization time in the wet adhesion step is not particularly limited as long as adhesion between the electrode (positive electrode and negative electrode) and the separator is promoted, and is usually 1 second or more and 10 minutes or less, and is a viewpoint of further promotion of the adhesion. To preferably within a range of 5 seconds to 9 minutes, and more preferably within a range of 10 seconds to 8 minutes.
- An aging process may be performed after the initial charging process.
- the aging process is a process of stabilizing the SEI film by leaving the secondary battery after the initial charging process in an open circuit state. It is also called an aging process.
- the temperature of the secondary battery is not particularly limited, and may be maintained within a range of 15 ° C. or more and 80 ° C. or less, for example.
- the secondary battery is preferably maintained at a temperature in the range of 20 ° C. or more and 70 ° C. or less, more preferably 25 ° C. or more and 60 ° C. or less, from the viewpoint of further stabilization of the SEI coating.
- the temperature can be maintained within the above range by leaving the secondary battery in a space set at a constant temperature.
- the standing time in the aging step is not particularly limited as long as the stabilization of the SEI film is promoted, and is usually 1 hour or more and 30 days or less, and preferably 5 hours or more and 14 days or less from the viewpoint of further stabilization of the SEI film. More preferably, it is in the range of 10 hours or more and 7 days or less.
- the secondary battery precursor used in the present invention includes an electrode assembly and an electrolyte, which will be described later, enclosed in an exterior body, and has one or more step portions.
- the secondary battery precursor 1 has only one step portion 10, a low step portion 11 having a relatively low top surface height, and a high step portion 12 having a relatively high top surface height.
- the low step portion 11 is disposed at the end of the secondary battery precursor in a plan view.
- the secondary battery precursor 1 of FIG. 11 may be arrange
- the step size (level difference) of each step portion (that is, the height difference between the two upper surfaces constituting each step portion) h is independently
- the maximum thickness t of the battery precursor is usually 0.01 ⁇ t or more and 0.9 ⁇ t or less, and preferably 0.1 ⁇ t or more and 0 from the viewpoint of further improving the uniformity of the thickness of the SEI coating. ⁇ 8 ⁇ t.
- the step size h of the step portion in the secondary battery precursor is maintained even after the subsequent steps (for example, the initial charge / discharge and aging step), that is, the step size h of the secondary battery is maintained.
- the step size h of each step portion is the number of electrodes constituting the electrode assembly when the electrode assembly has a planar laminated structure or a winding structure, which will be described later, and the winding when the electrode assembly has a winding structure. Can be controlled by adjusting the number of times.
- the step portion is useful for the arrangement of the substrate described later. That is, by arranging the substrate on the upper surface of the lower step portion in the step portion, it is possible to secure a space for arranging the substrate.
- all the upper surfaces of the secondary battery precursor 1 are substantially parallel to the horizontal plane and have a planar shape.
- the secondary battery precursor 1 is inclined with respect to the horizontal plane. It may have an upper surface and / or an upper surface having a curved shape.
- the fluid that restrains (pressurizes) the secondary battery precursor in the initial charging step transmits the pressure (restraint force or pressure) based on Pascal's principle as described above. Even if the body has such an upper surface, the binding force can be more uniformly applied to the entire surface of the secondary battery precursor.
- the secondary battery precursor is accommodated in the outer package of the electrode assembly and the electrolyte is injected into the outer package, the inside (opening) of the outer package is sealed, so that the electrode assembly and the electrolyte are sealed. It is manufactured by a method including a step of enclosing in an exterior body.
- the inside of the exterior body is usually sealed under reduced pressure. That is, the opening of the exterior body is sealed while the electrode assembly is accommodated and the inside of the exterior body into which the electrolyte is injected is maintained in a reduced pressure state.
- the sealing method is not particularly limited as long as the sealing of the opening of the exterior body is achieved.
- the sealing may be achieved by a heat seal method.
- sealing may be achieved by a laser welding method.
- the pressure inside the outer package during sealing is usually in the range of 1 kPa to 20 kPa, and preferably in the range of 5 kPa to 12 kPa.
- the electrode assembly includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and the positive electrode and the negative electrode are alternately arranged via the separator.
- the two external terminals 5 are usually connected to electrodes (positive electrode or negative electrode) via current collecting leads, and as a result, are led out from the exterior body.
- the electrode assembly may have a planar laminated structure in which a plurality of electrode units (electrode constituent layers) including a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode are laminated in a planar shape.
- the structure of the electrode assembly is not limited to a planar laminated structure.
- a winding structure in which an electrode unit (electrode constituent layer) including a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode is wound in a roll shape. (Jelly roll type) may be included.
- the electrode assembly may have a so-called stack and folding structure in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are stacked on a long film and then folded.
- the positive electrode is composed of at least a positive electrode material layer and a positive electrode current collector (foil), and it is sufficient that the positive electrode material layer is provided on at least one side of the positive electrode current collector.
- a positive electrode material layer may be provided on both surfaces of the positive electrode current collector, or a positive electrode material layer may be provided on one surface of the positive electrode current collector.
- a positive electrode preferable from the viewpoint of further increasing the capacity of the secondary battery is provided with a positive electrode material layer on both surfaces of the positive electrode current collector.
- the positive electrode material layer contains a positive electrode active material.
- the negative electrode is composed of at least a negative electrode material layer and a negative electrode current collector (foil), and it is sufficient that the negative electrode material layer is provided on at least one surface of the negative electrode current collector.
- a negative electrode material layer may be provided on both surfaces of the negative electrode current collector, or a negative electrode material layer may be provided on one surface of the negative electrode current collector.
- a negative electrode preferable from the viewpoint of further increasing the capacity of the secondary battery is provided with a negative electrode material layer on both surfaces of the negative electrode current collector.
- the negative electrode material layer contains a negative electrode active material.
- the positive electrode active material included in the positive electrode material layer and the negative electrode active material included in the negative electrode material layer are materials directly involved in the transfer of electrons in the secondary battery, and are the main materials of the positive and negative electrodes that are responsible for charge / discharge, that is, the battery reaction. is there. More specifically, ions are brought into the electrolyte due to the “positive electrode active material included in the positive electrode material layer” and the “negative electrode active material included in the negative electrode material layer”, and the ions are interposed between the positive electrode and the negative electrode. Then, the electrons are transferred and the electrons are delivered and charged and discharged. As will be described later, the positive electrode material layer and the negative electrode material layer are particularly preferably layers capable of occluding and releasing lithium ions.
- the secondary battery according to the present invention corresponds to a so-called “lithium ion battery”.
- the positive electrode active material of the positive electrode material layer is made of, for example, a granular material, and it is preferable that a binder is included in the positive electrode material layer for sufficient contact between the particles and shape retention. Furthermore, it is also preferable that a conductive additive is included in the positive electrode material layer in order to facilitate the transmission of electrons that promote the battery reaction.
- the negative electrode active material of the negative electrode material layer is made of, for example, a granular material, and it is preferable that a binder is included for sufficient contact and shape retention between the particles, and smooth transmission of electrons that promote the battery reaction. In order to do so, a conductive aid may be included in the negative electrode material layer.
- the positive electrode material layer and the negative electrode material layer can also be referred to as “positive electrode composite material layer” and “negative electrode composite material layer”, respectively.
- the positive electrode active material is preferably a material that contributes to occlusion and release of lithium ions.
- the positive electrode active material is preferably, for example, a lithium-containing composite oxide.
- the positive electrode active material is preferably a lithium transition metal composite oxide containing lithium and at least one transition metal selected from the group consisting of cobalt, nickel, manganese, and iron. That is, in the positive electrode material layer of the secondary battery according to the present invention, such a lithium transition metal composite oxide is preferably included as a positive electrode active material.
- the positive electrode active material may be lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, lithium iron phosphate, or a part of those transition metals replaced with another metal. Although such a positive electrode active material may be included as a single species, two or more types may be included in combination.
- the positive electrode active material contained in the positive electrode material layer is lithium cobalt oxide.
- the binder that can be included in the positive electrode material layer is not particularly limited, but includes polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, and Mention may be made of at least one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene and the like.
- the conductive auxiliary agent that can be included in the positive electrode material layer is not particularly limited, but carbon black such as thermal black, furnace black, channel black, ketjen black, and acetylene black, graphite, carbon nanotube, and vapor phase growth.
- the binder of the positive electrode material layer is polyvinylidene fluoride
- the conductive additive of the positive electrode material layer is carbon black.
- the binder and conductive additive of the positive electrode material layer are a combination of polyvinylidene fluoride and carbon black.
- the negative electrode active material is preferably a material that contributes to occlusion and release of lithium ions. From this point of view, the negative electrode active material is preferably, for example, various carbon materials, oxides, or lithium alloys.
- Examples of various carbon materials of the negative electrode active material include graphite (natural graphite, artificial graphite), hard carbon, soft carbon, diamond-like carbon, and the like.
- graphite is preferable in that it has high electron conductivity and excellent adhesion to the negative electrode current collector.
- Examples of the oxide of the negative electrode active material include at least one selected from the group consisting of silicon oxide, tin oxide, indium oxide, zinc oxide, lithium oxide, and the like.
- the lithium alloy of the negative electrode active material may be any metal that can be alloyed with lithium.
- Al, Si, Pb, Sn, In, Bi, Ag, Ba, Ca, Hg, Pd, Pt, Te, Zn It may be a binary, ternary or higher alloy of a metal such as La and lithium.
- a binary, ternary or higher alloy of a metal such as La and lithium.
- Such an oxide is preferably amorphous in its structural form. This is because deterioration due to non-uniformity such as crystal grain boundaries or defects is less likely to be caused.
- the negative electrode active material of the negative electrode material layer is artificial graphite.
- the binder that can be included in the negative electrode material layer is not particularly limited, but is at least one selected from the group consisting of styrene butadiene rubber, polyacrylic acid, polyvinylidene fluoride, polyimide resin, and polyamideimide resin. Can be mentioned.
- the binder contained in the negative electrode material layer is styrene butadiene rubber.
- the conductive aid that can be included in the negative electrode material layer is not particularly limited, but carbon black such as thermal black, furnace black, channel black, ketjen black, and acetylene black, graphite, carbon nanotube, and vapor phase growth.
- Examples thereof include at least one selected from carbon fibers such as carbon fibers, metal powders such as copper, nickel, aluminum and silver, and polyphenylene derivatives.
- the component resulting from the thickener component for example, carboxymethylcellulose used at the time of battery manufacture may be contained in the negative electrode material layer.
- the negative electrode active material and the binder in the negative electrode material layer are a combination of artificial graphite and styrene butadiene rubber.
- the positive electrode current collector and the negative electrode current collector used for the positive electrode and the negative electrode are members that contribute to collecting and supplying electrons generated in the active material due to the battery reaction.
- a current collector may be a sheet-like metal member and may have a porous or perforated form.
- the current collector may be a metal foil, a punching metal, a net or an expanded metal.
- the positive electrode current collector used for the positive electrode is preferably made of a metal foil containing at least one selected from the group consisting of aluminum, stainless steel, nickel and the like, and may be, for example, an aluminum foil.
- the negative electrode current collector used for the negative electrode is preferably made of a metal foil containing at least one selected from the group consisting of copper, stainless steel, nickel and the like, and may be, for example, a copper foil.
- the separator is a member provided from the viewpoint of preventing short circuit due to contact between the positive and negative electrodes and holding the electrolyte.
- the separator can be said to be a member that allows ions to pass while preventing electronic contact between the positive electrode and the negative electrode.
- the separator is a porous or microporous insulating member and has a film form due to its small thickness.
- a polyolefin microporous film may be used as the separator.
- the microporous membrane used as the separator may include, for example, only polyethylene (PE) or only polypropylene (PP) as the polyolefin.
- the separator may be a laminate composed of “a microporous membrane made of PE” and “a microporous membrane made of PP”.
- the surface of the separator may be covered with inorganic particles and / or an adhesive layer.
- the surface of the separator may have adhesiveness.
- Electrolyte helps the movement of metal ions released from the electrodes (positive and negative electrodes).
- the electrolyte may be a “non-aqueous” electrolyte, such as an organic electrolyte and an organic solvent, or may be a “aqueous” electrolyte containing water.
- the secondary battery of the present invention is preferably a non-aqueous electrolyte secondary battery in which an electrolyte containing a “non-aqueous” solvent and a solute is used as an electrolyte.
- the electrolyte may have a form such as liquid or gel (in the present specification, “liquid” non-aqueous electrolyte is also referred to as “non-aqueous electrolyte solution”).
- a solvent containing at least carbonate is preferable.
- Such carbonates may be cyclic carbonates and / or chain carbonates.
- examples of the cyclic carbonates include at least one selected from the group consisting of propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), and vinylene carbonate (VC). be able to.
- examples of the chain carbonates include at least one selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dipropyl carbonate (DPC).
- DMC dimethyl carbonate
- DEC diethyl carbonate
- EMC ethyl methyl carbonate
- DPC dipropyl carbonate
- a combination of cyclic carbonates and chain carbonates is used as the non-aqueous electrolyte, for example, a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate.
- Li salts such as LiPF 6 and LiBF 4 are preferably used.
- Electrolytes particularly non-aqueous electrolytes contain additives such as vinylene carbonate, 1,3-propane sultone, and fluorinated ethylene carbonate.
- additives such as vinylene carbonate, 1,3-propane sultone, and fluorinated ethylene carbonate.
- any current collecting lead used in the field of secondary batteries can be used.
- a current collecting lead may be made of a material capable of achieving electron movement, and is usually made of a conductive material such as aluminum, nickel, iron, copper, and stainless steel.
- the form of the current collecting lead is not particularly limited, and may be, for example, a linear shape or a plate shape.
- any external terminal used in the field of secondary batteries can be used.
- Such an external terminal may be made of a material capable of achieving electron movement, and is usually made of a conductive material such as aluminum, nickel, iron, copper, and stainless steel.
- the form of the external terminal 5 is not particularly limited, and is usually plate-shaped.
- the external terminal 5 may be electrically and directly connected to the substrate, or may be electrically and indirectly connected to the substrate via another device.
- the current collecting lead can also be used as an external terminal.
- the exterior body is preferably a flexible pouch (soft bag), but may be a hard case (hard housing).
- the flexible pouch is usually formed from a laminate film, and sealing is achieved by heat-sealing the peripheral edge.
- the laminate film a film obtained by laminating a metal foil and a polymer film is generally used.
- a film having a three-layer structure including an outer layer polymer film / metal foil / inner layer polymer film is exemplified.
- the outer layer polymer film is for preventing damage to the metal foil due to permeation and contact of moisture and the like, and polymers such as polyamide and polyester can be suitably used.
- the metal foil is for preventing the permeation of moisture and gas, and a foil of copper, aluminum, stainless steel or the like can be suitably used.
- the inner layer polymer film is for protecting the metal foil from the electrolyte accommodated therein, and for melting and sealing at the time of heat sealing, and polyolefin or acid-modified polyolefin can be suitably used.
- the thickness of the laminate film is not particularly limited, and is preferably 1 ⁇ m or more and 1 mm or less, for example.
- the hard case is usually formed from a metal plate, and sealing is achieved by irradiating the peripheral edge with a laser.
- a metal plate a metal material made of aluminum, nickel, iron, copper, stainless steel or the like is common.
- the thickness of a metal plate is not specifically limited, For example, 1 micrometer or more and 1 mm or less are preferable.
- a substrate in the secondary battery manufactured by the method of the present invention, a substrate may be disposed using the step portion.
- the substrate may be disposed on the upper surface of the low step portion constituting the step portion of the secondary battery.
- the substrate may be a so-called rigid substrate or a flexible substrate.
- a rigid substrate is preferred. When a rigid substrate is used, the formation of a dead space and the damage of the secondary battery due to the substrate are likely to be a problem. Even when a rigid substrate is used in the present invention, such a problem can be sufficiently avoided.
- the rigid substrate any rigid substrate used in the field of substrates used with secondary batteries can be used, and examples thereof include a glass / epoxy resin substrate.
- the substrate examples include an electronic circuit substrate such as a printed circuit board, a semiconductor substrate such as a silicon wafer, and a glass substrate such as a display panel.
- an electronic circuit substrate such as a printed circuit board
- a semiconductor substrate such as a silicon wafer
- a glass substrate such as a display panel.
- a secondary battery pack is constituted by the protection circuit board and the secondary battery.
- the secondary battery manufactured by the method of the present invention can be used in various fields where power storage is assumed. Although only illustrative, secondary batteries manufactured by the method of the present invention, particularly non-aqueous electrolyte secondary batteries, are used in the electrical / information / communication field (for example, mobile phones, smartphones, smart phones) where mobile devices are used.
- Mobile devices such as watches, notebook computers, digital cameras, activity meters, arm computers and electronic paper), home and small industrial applications (eg, power tools, golf carts, home, nursing and industrial robots) , Large industrial applications (eg, forklifts, elevators, bay harbor cranes), transportation systems (eg, hybrid vehicles, electric cars, buses, trains, electric assist bicycles, electric motorcycles), power system applications (eg, , Various power generation, road conditioners, smart grids, general home storage Field), IoT areas such as the stem, as well as, it is possible to utilize space and deep sea applications (for example, spacecraft, areas such as submersible research vessel) and the like.
- space and deep sea applications for example, spacecraft, areas such as submersible research vessel
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Abstract
本発明は、二次電池前駆体が段差部を有する場合であっても、当該二次電池前駆体の全面に対して拘束力をより均一に付与しながら初期充電を行うことができる、二次電池の製造方法を提供する。本発明は、正極、負極および該正極と該負極との間に配置されたセパレータを含む電極組立体および電解質が外装体に封入されており、かつ段差部を有する二次電池前駆体１を流体２により拘束しながら、初期充電を行う工程を含む、二次電池の製造方法に関する。
Description
本発明は二次電池の製造方法に関する。
従来、種々の電子機器の電源として、二次電池が用いられている。二次電池は、正極、負極および正極と負極との間に配置されたセパレータを含む電極組立体および電解質が外装体に封入された構造を有している。特にリチウムイオン二次電池においては、電解質を介してリチウムイオンが正極と負極との間で移動して電池の充放電が行われる。
二次電池の製造に際しては、電極組立体を外装体に収容し、電解質を外装体に注入し、外装体の内部を封止して、二次電池前駆体を得た後、初期充電を行うのが一般的である。初期充電により、負極表面に固体電解質界面（Solid Electrolyte Interface）被膜（以下、「ＳＥＩ被膜」という）を形成して、二次電池としての使用時における負極表面での電解質成分の分解を抑制し、電池の長寿命化を図ることが知られている。
しかしながら、初期充電工程では電解質成分の分解に伴いガスが発生し、当該ガスが負極表面に気泡として付着する。このため、気泡による充電ムラが起こり、ＳＥＩ被膜の形成が部分的に阻害され、ＳＥＩ被膜に厚みムラが生じる。ＳＥＩ被膜に厚みムラが生じると、二次電池としての使用時における充放電により、ＳＥＩ被膜が薄い部分の周辺でリチウムが析出し、安全性に問題が生じる可能性があった。また、リチウムの析出による反応面積の縮小およびリチウムイオンの消費のため、電池容量が低下するという問題が生じた。
そこで、均一な厚みのＳＥＩ被膜の形成の観点から、図４に示すように、拘束治具２００により、二次電池前駆体３００における電極の厚み方向ｚで拘束力を付与することにより二次電池前駆体３００を拘束しながら、初期充電を行う方法が知られている。このような方法によれば、二次電池前駆体３００の電極表面において気泡の付着が防止され、均一な厚みのＳＥＩ被膜の形成が促進される。拘束治具２００は、ボルト２０１の回転により、ｚ方向の拘束力を可動板２０２と固定板２０３との間で、拘束板２０５を介して、１以上の二次電池前駆体３００に対して付与するようになっている。
図４および図５に示すように、略直方体形状または略板形状を有する二次電池前駆体３００に対して上記のような拘束治具２００を用いて拘束力を付与すると、図５に示すように二次電池前駆体３００の上面３１０および下面（二次電池前駆体において上面３１０と対向する面）（図示せず）の各面全面にわたって拘束力が比較的均一に付与される。このため、初期充電時において、負極表面の全面にわたってＳＥＩ被膜を比較的均一な厚みで形成することができる。
一方、電子機器の薄型化および小型化が進んでおり、それに伴い、二次電池の薄型化および小型化への要求が高まっている。このような要求に応える二次電池として、段差部を設けた二次電池が報告されている（特許文献１，２）。
そこで、本発明の発明者等は段差部（例えば、図６に示すように互いに高さの異なる２つの上面により構成される段差部３５１）を有する二次電池前駆体３５０を上記した方法で拘束しながら初期充電を行うと、ＳＥＩ被膜の厚みムラに起因する安全性および電池容量に関する問題が再び生じることを見い出した。詳しくは、図６に示すように、段差部３５１を有する二次電池前駆体３５０に対して上記のような拘束治具２００を用いて拘束力を付与すると、二次電池前駆体３５０の低段部３５２（特に低段部３５２における段差部３５１近傍部分（エッジ部）３５４）には、高段部３５３との厚みの差に起因して、拘束力が十分に付与されなかった。このため、このような拘束力を付与しながら、初期充電を行うと、二次電池前駆体３５０の低段部３５２（特にエッジ部３５４）において、気泡による充電ムラが起こり、ＳＥＩ被膜に厚みムラがやはり生じた。その結果として、二次電池としての使用時における充放電により、ＳＥＩ被膜が薄い部分の周辺でリチウムが析出し、安全性に問題が生じた。また、リチウムの析出による反応面積の縮小およびリチウムイオンの消費のため、電池容量が低下するという問題が生じた。
本発明は、二次電池前駆体が段差部を有する場合であっても、当該二次電池前駆体の全面に対して拘束力をより均一に付与しながら初期充電を行うことができる、二次電池の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は特に、二次電池前駆体が段差部を有する場合であっても、当該二次電池前駆体の全面に対して拘束力をより均一に付与しながら初期充電を行うことにより、ＳＥＩ被膜が負極表面の全面にわたってより均一な厚みで形成される、二次電池の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、
正極、負極および該正極と該負極との間に配置されたセパレータを含む電極組立体および電解質が外装体に封入されており、かつ段差部を有する二次電池前駆体を流体により拘束しながら、初期充電を行う工程を含む、二次電池の製造方法に関する。
正極、負極および該正極と該負極との間に配置されたセパレータを含む電極組立体および電解質が外装体に封入されており、かつ段差部を有する二次電池前駆体を流体により拘束しながら、初期充電を行う工程を含む、二次電池の製造方法に関する。
本発明の二次電池の製造方法によれば、二次電池前駆体が段差部を有する場合であっても、当該二次電池前駆体の全面に対して適度な大きさの拘束力をより均一に付与しながら初期充電を行うことができる。このため、初期充電工程において、負極表面の全面にわたって、気泡による充電ムラがより十分に抑制されるので、ＳＥＩ被膜がより均一な厚みで形成される。その結果として、二次電池としての使用時における充放電によっても、リチウムの析出がより十分に抑制されるので、安全性が向上し、また電池容量の低下が抑制される。
［二次電池の製造方法］
本発明は二次電池の製造方法を提供する。本明細書中、「二次電池」という用語は充電および放電の繰り返しが可能な電池のことを指している。従って、「二次電池」は、その名称に過度に拘泥されるものではなく、例えば、「蓄電デバイス」なども包含し得る。
本発明は二次電池の製造方法を提供する。本明細書中、「二次電池」という用語は充電および放電の繰り返しが可能な電池のことを指している。従って、「二次電池」は、その名称に過度に拘泥されるものではなく、例えば、「蓄電デバイス」なども包含し得る。
本発明においては、二次電池前駆体を流体により拘束しながら初期充電を行う。二次電池前駆体とは、初期充電工程前に、電極組立体および電解質を外装体に封入して得られる、二次電池の中間体または中間構造物のことである。
本発明の方法に使用される二次電池前駆体が有する全体形状は特に限定されず、例えば、図１および図２に示すように、上面に段差部１０を有する形状であっても、または段差部を有さない形状（例えば、直方体形状および板形状）であってもよいが、二次電池の分野における実際的な有用性の観点からは、段差部を有する形状が好ましい。段差部とは、側面視において互いに高さの異なる２つの上面により構成され、当該２つの上面の間でそれらの高さが局所的に変化する、上面の不連続部分のことである。側面視とは、対象物（例えば、二次電池前駆体）を載置してその厚み（高さ）方向の真横から見たときの状態のことであり、側面図と同意である。載置は、対象物（例えば、二次電池前駆体）の外観を構成する最大面積の面（平面）を底面にした載置である。側面視は透視による側面視も含む。すなわち段差部は、図１に示すように、真横から見たときに明らかに上面の高低差を判別できる段差部だけでなく、図２に示すように、真横から見たときに上面の高低差は実際には判別できないが、透視により判別できる段差部も包含する。段差部は通常、当該高さの異なる２つの上面１１ａおよび１２ａとそれらの間で当該２つの上面を連結する側面１０ａとから構成されている。上面は、対象物（例えば、二次電池前駆体）を載置したときの上面のことである。
二次電池前駆体が有する平面視形状は特に限定されず、平面視において、矩形状であっても、または異形状であってもよい。平面視とは、対象物（例えば、二次電池前駆体）を載置してその厚み（高さ）方向の真上から見たときの状態のことであり、平面図と同意である。矩形状は長方形状であってもよいし、または正方形状であってもよい。二次電池前駆体の平面視形状における異形状とは、平面視において切り欠き部を有する形状のことである。切り欠き部とは、初期の形状からその一部を意図的に欠損させた部分のことである。切り欠き部形成前の初期の形状は通常、矩形状である。切り欠き部の平面視形状は特に限定されず、例えば、矩形状、三角形状、扇形形状、半円形状、円形状等が挙げられる。
以下、二次電池前駆体が段差部を有する場合について、幾つかの実施態様を示す図面を用いて詳しく説明する。しかしながら、後述するように、流体を用いて二次電池前駆体を拘束するため、二次電池前駆体の形状は特に限定されることなく、二次電池前駆体があらゆる形状を有していても、本発明の効果が得られることは明らかである。本明細書中、図面における各種の要素は、本発明の理解のために模式的かつ例示的に示したにすぎず、外観および寸法比などは実物と異なり得る。本明細書で直接的または間接的に用いる“上下方向”、“左右方向”および“表裏方向”はそれぞれ、図中における上下方向、左右方向および表裏方向に対応した方向に相当する。特記しない限り、同じ符号または記号は、形状が異なること以外、同じ部材または同じ意味内容を示すものとする。
（初期充電工程）
初期充電工程は、負極表面にＳＥＩ被膜を形成することを目的として行われる二次電池前駆体の最初の充電工程であり、初期充電工程、コンディショニング工程またはフォーメーション工程とも呼ばれる。ＳＥＩ被膜は、本工程において電解質に含まれる添加剤が負極表面で還元分解することにより形成され、二次電池としての使用時における負極表面での当該添加剤のさらなる分解を抑制する。ＳＥＩ被膜は通常、ＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３、ＬｉＯＨおよびＬｉＯＣＯＯＲ（Ｒは１価有機基、例えば、アルキル基を示す）からなる群から選択される１種以上の物質を含む。このようなＳＥＩ被膜が負極表面により均一に形成されることにより、二次電池において電解質成分の分解が抑制され、二次電池の容量安定化および長寿命化を達成することができる。
初期充電工程は、負極表面にＳＥＩ被膜を形成することを目的として行われる二次電池前駆体の最初の充電工程であり、初期充電工程、コンディショニング工程またはフォーメーション工程とも呼ばれる。ＳＥＩ被膜は、本工程において電解質に含まれる添加剤が負極表面で還元分解することにより形成され、二次電池としての使用時における負極表面での当該添加剤のさらなる分解を抑制する。ＳＥＩ被膜は通常、ＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３、ＬｉＯＨおよびＬｉＯＣＯＯＲ（Ｒは１価有機基、例えば、アルキル基を示す）からなる群から選択される１種以上の物質を含む。このようなＳＥＩ被膜が負極表面により均一に形成されることにより、二次電池において電解質成分の分解が抑制され、二次電池の容量安定化および長寿命化を達成することができる。
本発明において初期充電は二次電池前駆体を流体により拘束しながら行う。流体による拘束は、二次電池前駆体にとって、流体による外界からの締め付けであり、換言すれば、流体を介した二次電池前駆体表面への加圧であるので、広義には、“流体締め付け”または“流体加圧”と言うこともできる。また流体による拘束は、後述するように、パスカルの原理に基づいて二次電池前駆体の全面に対して均一に行われるので、狭義には、“流体均一締め付け”または“流体均一加圧”と言うこともできる。
本発明においては、流体を用いて二次電池前駆体を拘束（加圧）するため、当該流体は、パスカルの原理に基づいて、その一部に加えられた圧力（拘束力または加圧力）を密閉容器中、そのままの強さで、当該流体の他のすべての部分に伝達する。このため、二次電池前駆体が、段差部を有する形状を有していても、二次電池前駆体における上面、下面および側面（特に、段差部の側面）を含む全面に対して拘束力（圧力）をより均一に付与することができる。二次電池前駆体がいかなる形状を有していても、二次電池前駆体の全面に対して拘束力（圧力）をより均一に付与することができる。これらの結果、初期充電時において気泡の付着が負極の全面にわたってより十分に抑制され、気泡による充電ムラもまた負極の全面にわたってより十分に抑制されるので、ＳＥＩ被膜が負極表面の全面にわたってより均一な厚みで形成される。流体を用いることなく、前記した拘束治具等の器具を用いて二次電池前駆体を拘束（加圧）しながら初期充電を行うと、例えば図１の低段部１１等において、負極表面の全面にわたってＳＥＩ被膜を均一な厚みで形成することはできない。
流体による拘束方法は、二次電池前駆体表面を流体により加圧する限り特に限定されず、例えば、図３に示すように、加圧チャンバー２０の内部に予め収容された流体２中に二次電池前駆体１を配置し、加圧チャンバー２０の内部を加圧する方法を採用することができる。詳しくは、加圧チャンバー２０には加圧ポンプ（図示せず）が連結されており、加圧ポンプにより、加圧チャンバー２０の内部に流体２を供給することにより、加圧チャンバー２０の内部の加圧が達成され、流体による二次電池前駆体表面の加圧が達成される。流体による拘束方法は、加圧チャンバーの寸法を大きくすることにより、図３に示すように２以上の二次電池前駆体１を用いても、全ての二次電池前駆体の全面に対して同時に拘束力をより均一に付与することができるため、二次電池の大量生産に有利である。加圧チャンバー２０の内部においては、流体２が拘束力（圧力）を伝達するため、当該拘束力は、二次電池前駆体１が配置される位置により変化することはなく、一定である。二次電池前駆体１は、加圧チャンバー２０の内部において、平板状の棚などの上に載置されてもよいし、またはハンモックのように両端を吊り下げた布状、メッシュ状または網状の生地などの上に載置されてもよい。二次電池前駆体１が配置される向きは横向き（平置き）でもよいし、縦向きでもよい。
流体は、圧力を伝達することができる限り特に限定されず、気体であってもよいし、液体であってもよいし、またはそれらの複合体（気体および液体の両方）であってもよい。気体の具体例として、例えば、空気、水蒸気、不活性気体またはこれらの混合気体が挙げられる。不活性気体として、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴンおよび窒素が挙げられる。液体の具体例として、例えば、水、油が挙げられる。流体として気体（特に、空気）を単独で用いることが拘束の作業容易性の観点から好ましい。なお、流体として水および／または水蒸気を用いる場合、二次電池前駆体と当該流体との直接的な接触を回避するため、二次電池前駆体を耐水性の袋体に収容して、初期充電を行うことが好ましい。
加圧チャンバーの内部に予め収容される流体および加圧チャンバー内部に加圧ポンプにより供給される流体は、二次電池前駆体表面の加圧が達成される限り、それぞれ独立して上記した流体から選択されてよい。
例えば、加圧チャンバーの内部に予め収容される流体が気体（特に、空気）単独である場合、加圧チャンバー内部に加圧ポンプにより供給される流体は気体または液体の一方または両方であってもよい。加圧チャンバーの内部に気体（特に、空気）を単独で予め収容させる場合、拘束の作業容易性のさらなる向上の観点から、当該加圧チャンバー内部には、気体（特に、空気）を単独で加圧ポンプにより供給することが好ましい。この場合、加圧チャンバー内部の気体中に二次電池前駆体を配置し、加圧チャンバーの内部に、加圧ポンプにより、気体を単独で供給することにより、加圧チャンバーの内部の加圧が達成され、結果として気体による二次電池前駆体表面の加圧が達成される。
また例えば、加圧チャンバーの内部に予め収容される流体が液体または液体と気体との複合体である場合、加圧チャンバー内部に加圧ポンプにより供給される流体は気体または液体の一方または両方であってもよい。この場合、加圧チャンバー内部の液体中に二次電池前駆体を配置し、加圧チャンバーの内部に、加圧ポンプにより、気体または液体の一方または両方を供給することにより、加圧チャンバーの内部の加圧が達成され、結果として流体による二次電池前駆体表面の加圧が達成される。特に、加圧チャンバーの内部に液体または液体と気体との複合体を予め収容させ、加圧チャンバー内部の液体中に二次電池前駆体を配置し、かつ当該加圧チャンバー内部に気体を単独で加圧ポンプにより供給すると、供給される気体によって加圧チャンバー内部の液体の液面が押圧される。これにより、液体は当該押圧力を伝達し、結果として、二次電池前駆体表面の加圧が達成される。
流体による拘束力（すなわち二次電池前駆体表面への圧力）は、本工程で発生するガスの負極表面への付着が抑制される限り特に限定されず、通常は大気圧よりも高い圧力である。詳しくは、流体による拘束力は通常、０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下、特に０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ未満の範囲内であり、ガスの負極表面への付着のさらなる抑制の観点から好ましくは０．１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下の範囲内である。このように流体を用いたときの拘束力は、前記した拘束治具等の器具を用いたときの拘束力よりも、かなり小さい。従来の技術では、器具により拘束力を付与しながら初期充電を行うとき、負極表面へのガスの付着をより十分に抑制するためには、例えば１．０ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下の拘束力が必要であった。このため、外装体の内部に収容される電極およびセパレータ等が拘束力により損傷することがあった。本発明においては、流体により拘束力を付与するため、負極表面へのガスの付着をより十分に抑制するためには、上記した範囲内の拘束力で足りる。このため、本発明においては外装体の内部に収容される電極およびセパレータ等の拘束力による損傷を抑制できる。
本工程において二次電池前駆体は、ガスの負極表面への付着のさらなる抑制の観点から２５℃以上１００℃以下の範囲内の温度に維持されることが好ましく、より好ましくは３５℃以上９０℃以下の範囲内、さらに好ましくは４０℃以上８５℃以下の温度に維持される。詳しくは、本工程で二次電池前駆体が配置される周囲（雰囲気）の流体の温度が上記範囲内に維持されればよい。
本工程では、上記のような流体による二次電池前駆体の拘束を行いながら、初期充電を行う。初期充電工程では、充電を少なくとも１回行えばよい。通常は１回以上の充放電を行う。１回の充放電は、１回の充電およびその後の１回の放電を含む。充放電を２回以上行う場合、充電－放電を当該回数だけ繰り返す。流体による二次電池前駆体の拘束は、少なくとも１回目の充電の間中、行えばよく、好ましくは全ての充放電の間中、行う。
充電方法は、定電流充電方法または定電圧充電方法であっても、またはこれらの組み合わせであってもよい。例えば、一度の充電の間に定電圧充電と定電圧充電を繰り返してもよい。充電条件は、ＳＥＩ被膜が形成される限り特に限定されない。ＳＥＩ被膜の厚みの均一性のさらなる向上の観点からは、定電流充電を行った後、定電圧充電を行うことが好ましい。定電流充電を行った後、定電圧充電を行う場合、ＳＥＩ被膜厚みの均一性のさらなる向上の観点から、以下の充電条件を採用することが好ましい。なお、充電時の温度は、上記した二次電池前駆体の温度と同様の範囲内であればよい。
定電流充電方法：
０．０１ＣＡ以上３ＣＡ以下、特に０．０５ＣＡ以上２ＣＡ以下の一定の電流値で１Ｖ以上６Ｖ以下、特に３Ｖ以上５Ｖ以下の電圧値になるまで定電流充電を行う。ここで、１ＣＡとはその二次電池の定格容量を１時間で放電する時の電流値のことである。
定電圧充電方法：
定電流充電により達成された電圧値で、定電流充電時の一定の電流値よりも小さい所定の値になるまで、または一定時間が経過するまで定電圧充電を行う。
０．０１ＣＡ以上３ＣＡ以下、特に０．０５ＣＡ以上２ＣＡ以下の一定の電流値で１Ｖ以上６Ｖ以下、特に３Ｖ以上５Ｖ以下の電圧値になるまで定電流充電を行う。ここで、１ＣＡとはその二次電池の定格容量を１時間で放電する時の電流値のことである。
定電圧充電方法：
定電流充電により達成された電圧値で、定電流充電時の一定の電流値よりも小さい所定の値になるまで、または一定時間が経過するまで定電圧充電を行う。
放電方法は通常、定電流放電方法または定電圧放電方法であっても、またはこれらの組み合わせであってもよい。放電条件は、ＳＥＩ被膜が形成される限り特に限定されない。ＳＥＩ被膜の厚みの均一性のさらなる向上の観点からは、定電流放電を行うことが好ましい。定電流放電を行う場合、ＳＥＩ被膜厚みの均一性のさらなる向上の観点から、以下の放電条件を採用することが好ましい。なお、放電時の温度は、上記した二次電池前駆体の温度と同様の範囲内であってもよいし、充電時よりも低い温度であってもよい。
定電流放電方法：
０．１ＣＡ以上３ＣＡ以下、特に０．２ＣＡ以上２ＣＡ以下の一定の電流値で１Ｖ以上４Ｖ以下、特に２Ｖ以上３．５Ｖ以下の電圧値になるまで定電流放電を行う。
０．１ＣＡ以上３ＣＡ以下、特に０．２ＣＡ以上２ＣＡ以下の一定の電流値で１Ｖ以上４Ｖ以下、特に２Ｖ以上３．５Ｖ以下の電圧値になるまで定電流放電を行う。
これらの充放電は後述の２つの外部端子を用いて行えばよい。
（湿式接着工程）
初期充電工程の直前には、湿式接着工程が行われてもよい。ＳＥＩ被膜厚みの均一性のさらなる向上の観点から、湿式接着工程の後、上記した初期充電工程を行うことが好ましい。
初期充電工程の直前には、湿式接着工程が行われてもよい。ＳＥＩ被膜厚みの均一性のさらなる向上の観点から、湿式接着工程の後、上記した初期充電工程を行うことが好ましい。
湿式接着工程は二次電池前駆体に対してその厚み方向で加圧する工程である。湿式接着工程により、電極（正極および負極）とセパレータとの間の接着が促進され、結果として電池特性の均一化が達成される。また二次電池の厚みや形状を制御することもできる。湿式とは、二次電池前駆体内部において、電極が電解質により湿潤した状態という意味である。
加圧方法は、二次電池前駆体の外部から当該前駆体に対して圧力を付与できる限り特に限定されず、例えば、プレス板式加圧方法が挙げられる。プレス板式加圧方法は、プレス板により二次電池前駆体の外部から当該前駆体に対して圧力を付与する方法であり、一対のプレス板間で圧力を付与してもよいし、または１つのプレス板と１つの固定板との間で圧力を付与してもよい。なお、湿式接着工程での加圧として、前記した初期充電工程における流体による拘束（または加圧）を行ってもよい。
湿式接着工程において二次電池前駆体表面への圧力は、電極（正極および負極）とセパレータとの間の接着が促進される限り特に限定されず、通常は大気圧よりも高い圧力である。詳しくは、圧力は通常、０．１ＭＰａ以上５．０ＭＰａ以下の範囲内であり、上記接着のさらなる促進の観点から好ましくは０．８ＭＰａ以上２．５ＭＰａ以下の範囲内である。
湿式接着工程において二次電池前駆体の温度は特に限定されず、例えば２５℃以上１１０℃以下の範囲内に維持されてもよい。二次電池前駆体は、電極（正極および負極）とセパレータとの間の接着のさらなる促進の観点から５０℃以上１００℃以下の範囲内の温度に維持されることが好ましく、より好ましくは７０℃以上９５℃以下の範囲内、さらに好ましくは７５℃以上９０℃以下の温度に維持される。詳しくは、本工程でプレス板を用いる場合、プレス板を上記温度に加熱することにより、二次電池前駆体の温度を上記範囲内に維持することができる。
湿式接着工程において加圧時間は、電極（正極および負極）とセパレータとの間の接着が促進される限り特に限定されず、通常は１秒以上１０分間以下であり、上記接着のさらなる促進の観点から好ましくは５秒以上９分間以下の範囲内であり、より好ましくは１０秒以上８分以下の範囲内である。
（エージング工程）
初期充電工程の後には、エージング工程を行ってもよい。エージング工程は初期充電工程後の二次電池を開回路状態で放置することでＳＥＩ被膜を安定化させる工程である。または熟成工程とも呼ばれる。
初期充電工程の後には、エージング工程を行ってもよい。エージング工程は初期充電工程後の二次電池を開回路状態で放置することでＳＥＩ被膜を安定化させる工程である。または熟成工程とも呼ばれる。
エージング工程において二次電池の温度は特に限定されず、例えば１５℃以上８０℃以下の範囲内に維持されてもよい。二次電池は、ＳＥＩ被膜のさらなる安定化の観点から２０℃以上７０℃以下の範囲内の温度に維持されることが好ましく、より好ましくは２５℃以上６０℃以下の温度に維持される。詳しくは、二次電池を一定温度に設定された空間に放置することで温度を上記範囲内に維持することができる。
エージング工程において放置時間はＳＥＩ被膜の安定化が促進される限り特に限定されず、通常は１時間以上３０日以下であり、上記ＳＥＩ被膜のさらなる安定化の観点から好ましくは５時間以上１４日以下の範囲内であり、より好ましくは１０時間以上７日以下の範囲内である。
（二次電池前駆体）
本発明において使用される二次電池前駆体は、後述の電極組立体および電解質が外装体に封入されており、かつ段差部を１つ以上有する。図１または図２において二次電池前駆体１は段差部１０を１つのみ有し、上面の高さが相対的に低い低段部１１および上面の高さが相対的に高い高段部１２を含むが、２以上の段差部を有していてもよい。
本発明において使用される二次電池前駆体は、後述の電極組立体および電解質が外装体に封入されており、かつ段差部を１つ以上有する。図１または図２において二次電池前駆体１は段差部１０を１つのみ有し、上面の高さが相対的に低い低段部１１および上面の高さが相対的に高い高段部１２を含むが、２以上の段差部を有していてもよい。
図１の二次電池前駆体１において、低段部１１は平面視における二次電池前駆体の端部に配置されているが、図２の二次電池前駆体１のように、低段部１１は平面視における二次電池前駆体の中央部に配置されていてもよい。
二次電池前駆体が有する１つ以上の段差部において、各段差部の段差寸法（レベル差）（すなわち、各段差部を構成する２つの上面の高低差）ｈはそれぞれ独立して、二次電池前駆体の最大厚みｔに対して、通常は０．０１×ｔ以上０．９×ｔ以下であり、ＳＥＩ被膜の厚みの均一性のさらなる向上の観点から好ましくは０．１×ｔ以上０．８×ｔ以下である。二次電池前駆体における段差部の段差寸法ｈは、その後の工程（例えば、初期充放電および熟成工程）の後においても維持され、すなわち二次電池の段差寸法ｈとして維持される。
各段差部の段差寸法ｈは、電極組立体が後述する平面積層構造または巻回構造を有する場合における当該電極組立体を構成する電極の数および電極組立体が巻回構造を有する場合における巻回の回数を調整することにより制御できる。
段差部は後述する基板の配置に有用である。すなわち、段差部における低段部の上面に基板を配置することにより、基板の配置スペースを確保することができる。
二次電池前駆体１における全ての上面は、図１および図２において、水平面に略平行で平面形状を有しているが、本発明において二次電池前駆体１は、水平面に対して傾斜している上面および／または曲面形状を有している上面を有していてもよい。本発明において初期充電工程で二次電池前駆体を拘束（加圧）する流体は、前記したように、パスカルの原理に基づいて圧力（拘束力または加圧力）を伝達するため、二次電池前駆体がこのような上面を有していても、二次電池前駆体の全面に対して拘束力をより均一に付与することができる。
二次電池前駆体は、電極組立体の外装体への収容および電解質の外装体への注入を行った後、外装体の内部（開口部）を封止することにより、電極組立体および電解質を外装体に封入する工程を含む方法により製造される。
封入工程においては通常、外装体の内部が減圧状態で封止を行う。すなわち、電極組立体を収容し、かつ電解質を注入した外装体の内部を減圧状態に維持して、外装体の開口部の封止を行う。
封止方法は、外装体の開口部の封止が達成される限り特に限定されない。例えば、外装体が後述のフレキシブルパウチである場合、封止はヒートシール法により達成されてよい。また例えば、外装体が後述のハードケースである場合、封止はレーザー溶接法により達成されてよい。
封止時における外装体内部の気圧は通常、１ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下の範囲内であり、好ましくは５ｋＰａ以上１２ｋＰａ以下の範囲内である。
［二次電池の構成部材］
電極組立体は正極、負極およびセパレータを含み、正極と負極とがセパレータを介して交互に配置されている。２つの外部端子５は通常、集電リードを介して電極（正極または負極）に連結され、結果として外装体から外部に導出されている。電極組立体は、正極、負極および正極と負極との間に配置されたセパレータを含む複数の電極ユニット（電極構成層）を平面状に積層した平面積層構造を有していてもよい。電極組立体の構造は平面積層構造に限定されず、例えば、正極、負極および正極と負極との間に配置されたセパレータを含む電極ユニット（電極構成層）をロール状に巻回した巻回構造（ジェリーロール型）を有していてもよい。また例えば、電極組立体は、正極、セパレータおよび負極を長いフィルム上に積層してから折りたたんだ、いわゆるスタックアンドフォールディング型構造を有していてもよい。
電極組立体は正極、負極およびセパレータを含み、正極と負極とがセパレータを介して交互に配置されている。２つの外部端子５は通常、集電リードを介して電極（正極または負極）に連結され、結果として外装体から外部に導出されている。電極組立体は、正極、負極および正極と負極との間に配置されたセパレータを含む複数の電極ユニット（電極構成層）を平面状に積層した平面積層構造を有していてもよい。電極組立体の構造は平面積層構造に限定されず、例えば、正極、負極および正極と負極との間に配置されたセパレータを含む電極ユニット（電極構成層）をロール状に巻回した巻回構造（ジェリーロール型）を有していてもよい。また例えば、電極組立体は、正極、セパレータおよび負極を長いフィルム上に積層してから折りたたんだ、いわゆるスタックアンドフォールディング型構造を有していてもよい。
正極は少なくとも正極材層および正極集電体（箔）から構成されており、正極集電体の少なくとも片面に正極材層が設けられていればよい。例えば、正極は、正極集電体の両面に正極材層が設けられていてもよいし、または正極集電体の片面に正極材層が設けられていてもよい。二次電池のさらなる高容量化の観点から好ましい正極は正極集電体の両面に正極材層が設けられている。正極材層には正極活物質が含まれている。
負極は少なくとも負極材層および負極集電体（箔）から構成されており、負極集電体の少なくとも片面に負極材層が設けられていればよい。例えば、負極は、負極集電体の両面に負極材層が設けられていてもよいし、または負極集電体の片面に負極材層が設けられていてもよい。二次電池のさらなる高容量化の観点から好ましい負極は負極集電体の両面に負極材層が設けられている。負極材層には負極活物質が含まれている。
正極材層に含まれる正極活物質および負極材層に含まれる負極活物質は、二次電池において電子の受け渡しに直接関与する物質であり、充放電、すなわち電池反応を担う正負極の主物質である。より具体的には、「正極材層に含まれる正極活物質」および「負極材層に含まれる負極活物質」に起因して電解質にイオンがもたらされ、かかるイオンが正極と負極との間で移動して電子の受け渡しが行われて充放電がなされる。後述でも触れるが、正極材層および負極材層は特にリチウムイオンを吸蔵放出可能な層であることが好ましい。つまり、電解質を介してリチウムイオンが正極と負極との間で移動して電池の充放電が行われる二次電池が好ましい。充放電にリチウムイオンが関与する場合、本発明に係る二次電池は、いわゆる“リチウムイオン電池”に相当する。
正極材層の正極活物質は例えば粒状体から成るところ、粒子同士の十分な接触と形状保持のためにバインダーが正極材層に含まれていることが好ましい。更には、電池反応を推進する電子の伝達を円滑にするために導電助剤が正極材層に含まれていることも好ましい。同様にして、負極材層の負極活物質は例えば粒状体から成るところ、粒子同士の十分な接触と形状保持のためにバインダーが含まれることが好ましく、電池反応を推進する電子の伝達を円滑にするために導電助剤が負極材層に含まれていてもよい。このように、複数の成分が含有されて成る形態ゆえ、正極材層および負極材層はそれぞれ“正極合材層”および“負極合材層”などと称すこともできる。
正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵放出に資する物質であることが好ましい。かかる観点でいえば、正極活物質は例えばリチウム含有複合酸化物であることが好ましい。より具体的には、正極活物質は、リチウムと、コバルト、ニッケル、マンガンおよび鉄から成る群から選択される少なくとも１種の遷移金属とを含むリチウム遷移金属複合酸化物であることが好ましい。つまり、本発明に係る二次電池の正極材層においては、そのようなリチウム遷移金属複合酸化物が正極活物質として好ましくは含まれている。例えば、正極活物質はコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム、または、それらの遷移金属の一部を別の金属で置き換えたものであってよい。このような正極活物質は、単独種として含まれてよいものの、二種以上が組み合わされて含まれていてもよい。より好適な態様では正極材層に含まれる正極活物質がコバルト酸リチウムとなっている。
正極材層に含まれる得るバインダーとしては、特に制限されるわけではないが、ポリフッ化ビリニデン、ビリニデンフルオライド－ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビリニデンフルオライド－テトラフルオロチレン共重合体およびポリテトラフルオロチレンなどから成る群から選択される少なくとも１種を挙げることができる。正極材層に含まれる得る導電助剤としては、特に制限されるわけではないが、サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラックおよびアセチレンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、カーボンナノチューブおよび気相成長炭素繊維等の炭素繊維、銅、ニッケル、アルミニウムおよび銀等の金属粉末、ならびに、ポリフェニレン誘導体などから選択される少なくとも１種を挙げることができる。より好適な態様では正極材層のバインダーはポリフッ化ビニリデンであり、また、別のより好適な態様では正極材層の導電助剤はカーボンブラックである。さらに好適な態様では、正極材層のバインダーおよび導電助剤が、ポリフッ化ビニリデンとカーボンブラックとの組合せとなっている。
負極活物質は、リチウムイオンの吸蔵放出に資する物質であることが好ましい。かかる観点でいえば、負極活物質は例えば各種の炭素材料、酸化物、または、リチウム合金などであることが好ましい。
負極活物質の各種の炭素材料としては、黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛）、ハードカーボン、ソフトカーボン、ダイヤモンド状炭素などを挙げることができる。特に、黒鉛は電子伝導性が高く、負極集電体との接着性が優れる点などで好ましい。負極活物質の酸化物としては、酸化シリコン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛および酸化リチウムなどから成る群から選択される少なくとも１種を挙げることができる。負極活物質のリチウム合金は、リチウムと合金形成され得る金属であればよく、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｌａなどの金属とリチウムとの２元、３元またはそれ以上の合金であってよい。このような酸化物は、その構造形態としてアモルファスとなっていることが好ましい。結晶粒界または欠陥といった不均一性に起因する劣化が引き起こされにくくなるからである。より好適な態様では負極材層の負極活物質が人造黒鉛となっている。
負極材層に含まれる得るバインダーとしては、特に制限されるわけではないが、スチレンブタジエンゴム、ポリアクリル酸、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド系樹脂およびポリアミドイミド系樹脂から成る群から選択される少なくとも１種を挙げることができる。より好適な実施態様では負極材層に含まれるバインダーはスチレンブタジエンゴムとなっている。負極材層に含まれる得る導電助剤としては、特に制限されるわけではないが、サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラックおよびアセチレンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、カーボンナノチューブおよび気相成長炭素繊維等の炭素繊維、銅、ニッケル、アルミニウムおよび銀等の金属粉末、ならびに、ポリフェニレン誘導体などから選択される少なくとも１種を挙げることができる。なお、負極材層には、電池製造時に使用された増粘剤成分（例えばカルボキシルメチルセルロース）に起因する成分が含まれていてもよい。
さらに好適な態様では、負極材層における負極活物質およびバインダーが人造黒鉛とスチレンブタジエンゴムとの組合せとなっている。
正極および負極に用いられる正極集電体および負極集電体は電池反応に起因して活物質で発生した電子を集めたり供給したりするのに資する部材である。このような集電体は、シート状の金属部材であってよく、多孔または穿孔の形態を有していてよい。例えば、集電体は金属箔、パンチングメタル、網またはエキスパンドメタル等であってよい。正極に用いられる正極集電体は、アルミニウム、ステンレスおよびニッケル等から成る群から選択される少なくとも１種を含んだ金属箔から成るものが好ましく、例えばアルミニウム箔であってよい。一方、負極に用いられる負極集電体は、銅、ステンレスおよびニッケル等から成る群から選択される少なくとも１種を含んだ金属箔から成るものが好ましく、例えば銅箔であってよい。
セパレータは、正負極の接触による短絡防止および電解質保持などの観点から設けられる部材である。換言すれば、セパレータは、正極と負極との間の電子的接触を防止しつつイオンを通過させる部材であるといえる。好ましくは、セパレータは多孔性または微多孔性の絶縁性部材であり、その小さい厚みに起因して膜形態を有している。あくまでも例示にすぎないが、ポリオレフィン製の微多孔膜がセパレータとして用いられてよい。この点、セパレータとして用いられる微多孔膜は、例えば、ポリオレフィンとしてポリエチレン（ＰＥ）のみ又はポリプロピレン（ＰＰ）のみを含んだものであってよい。更にいえば、セパレータは、“ＰＥ製の微多孔膜”と“ＰＰ製の微多孔膜”とから構成される積層体であってもよい。セパレータの表面は無機粒子および／または接着層等により覆われていてもよい。セパレータの表面は接着性を有していてもよい。
電解質は電極（正極・負極）から放出された金属イオンの移動を助力する。電解質は有機電解質および有機溶媒などの“非水系”の電解質であっても、または水を含む“水系”の電解質であってもよい。本発明の二次電池は、電解質として“非水系”の溶媒と、溶質とを含む電解質が用いられた非水電解質二次電池が好ましい。電解質は液体状またはゲル状などの形態を有し得る（なお、本明細書において“液体状”の非水電解質は「非水電解質液」とも称される）。
具体的な非水電解質の溶媒としては、少なくともカーボネートを含んで成るものが好ましい。かかるカーボネートは、環状カーボネート類および／または鎖状カーボネート類であってもよい。特に制限されるわけではないが、環状カーボネート類としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）およびビニレンカーボネート（ＶＣ）から成る群から選択される少なくとも１種を挙げることができる。鎖状カーボネート類としては、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）およびジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）から成る群から選択される少なくも１種を挙げることができる。本発明の１つの好適な実施態様では、非水電解質として環状カーボネート類と鎖状カーボネート類との組合せが用いられ、例えばエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合物が用いられる。
具体的な非水電解質の溶質としては、例えば、ＬｉＰＦ６およびＬｉＢＦ４などのＬｉ塩が好ましく用いられる。
電解質（特に、非水電解質）には、ビニレンカーボネート、１，３－プロパンスルトン、フッ化エチレンカーボネート等の添加剤が含有される。電解質（特に、非水電解質）へのこれら添加剤の含有により、初期充電時にＳＥＩ被膜が形成される。
集電リードとしては、二次電池の分野で使用されているあらゆる集電リードが使用可能である。そのような集電リードは、電子の移動が達成され得る材料から構成されればよく、通常はアルミニウム、ニッケル、鉄、銅、ステンレスなどの導電性材料から構成される。集電リードの形態は特に限定されず、例えば、線状であってもよいし、または板状であってもよい。
外部端子５としては、二次電池の分野で使用されているあらゆる外部端子が使用可能である。そのような外部端子は、電子の移動が達成され得る材料から構成されればよく、通常はアルミニウム、ニッケル、鉄、銅、ステンレスなどの導電性材料から構成される。外部端子５の形態は特に限定されず、通常は板状である。外部端子５は、基板と電気的かつ直接的に接続されてもよいし、または他のデバイスを介して基板と電気的かつ間接的に接続されてもよい。また、前記集電リードを外部端子として用いることも可能である。
外装体はフレキシブルパウチ（軟質袋体）であることが好ましいが、ハードケース（硬質筐体）であってもよい。外装体がフレキシブルパウチである場合、フレキシブルパウチは通常、ラミネートフィルムから形成され、周縁部をヒートシールすることにより、封止が達成される。ラミネートフィルムとしては、金属箔とポリマーフィルムを積層したフィルムが一般的であり、具体的には、外層ポリマーフィルム／金属箔／内層ポリマーフィルムから成る３層構成のものが例示される。外層ポリマーフィルムは水分等の透過および接触等による金属箔の損傷を防止するためのものであり、ポリアミドおよびポリエステル等のポリマーが好適に使用できる。金属箔は水分およびガスの透過を防止するためのものであり、銅、アルミニウム、ステンレス等の箔が好適に使用できる。内層ポリマーフィルムは、内部に収納する電解質から金属箔を保護するとともに、ヒートシール時に溶融封口させるためのものであり、ポリオレフィンまたは酸変性ポリオレフィンが好適に使用できる。ラミネートフィルムの厚さは特に限定されず、例えば、１μｍ以上１ｍｍ以下が好ましい。
外装体がハードケースである場合、ハードケースは通常、金属板から形成され、周縁部をレーザー照射することにより、封止が達成される。金属板としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、銅、ステンレスなどからなる金属材料が一般的である。金属板の厚さは特に限定されず、例えば、１μｍ以上１ｍｍ以下が好ましい。
［基板］
本発明の方法により製造される二次電池には、段差部を利用して、基板が配置されてもよい。すなわち、当該二次電池が有する段差部を構成する低段部の上面に基板が配置されてもよい。これにより基板の配置スペースを確保することができる。
本発明の方法により製造される二次電池には、段差部を利用して、基板が配置されてもよい。すなわち、当該二次電池が有する段差部を構成する低段部の上面に基板が配置されてもよい。これにより基板の配置スペースを確保することができる。
基板はいわゆるリジッド基板であってもよいし、またはフレキシブル基板であってもよい。好ましくはリジッド基板である。リジッド基板を用いた場合、デットスペースの形成および当該基板による二次電池の損傷が問題となりやすいところ、本発明においてリジッド基板を用いた場合においても、そのような問題を十分に回避できるためである。リジッド基板としては、二次電池とともに使用される基板の分野で使用されるあらゆるリジッド基板が使用可能であり、例えば、ガラス・エポキシ樹脂基板が挙げられる。
基板としては、プリント基板などの電子回路基板、シリコンウェハーなどの半導体基板、ディスプレイパネルなどのガラス基板等が挙げられる。
基板が、二次電池の過充電、過放電および過電流を防止するための、いわゆる保護回路基板であるとき、当該保護回路基板および上記二次電池より、二次電池パックが構成される。
本発明の方法により製造される二次電池は、蓄電が想定される様々な分野に利用することができる。あくまでも例示にすぎないが、本発明の方法により製造される二次電池、特に非水電解質二次電池は、モバイル機器などが使用される電気・情報・通信分野（例えば、携帯電話、スマートフォン、スマートウォッチ、ノートパソコン、デジタルカメラ、活動量計、アームコンピュータおよび電子ペーパーなどのモバイル機器分野）、家庭・小型産業用途（例えば、電動工具、ゴルフカート、家庭用・介護用・産業用ロボットの分野）、大型産業用途（例えば、フォークリフト、エレベーター、湾港クレーンの分野）、交通システム分野（例えば、ハイブリッド車、電気自動車、バス、電車、電動アシスト自転車、電動二輪車などの分野）、電力系統用途（例えば、各種発電、ロードコンディショナー、スマートグリッド、一般家庭設置型蓄電システムなどの分野）、ＩｏＴ分野、ならびに、宇宙・深海用途（例えば、宇宙探査機、潜水調査船などの分野）などに利用することができる。
１：二次電池前駆体
２：流体
５：外部端子
１０：段差部
１０ａ：側面
１１：低段部（第１段部）
１１ａ：上面
１２：高段部（第２段部）
１２ａ：上面
２０：加圧チャンバー
２：流体
５：外部端子
１０：段差部
１０ａ：側面
１１：低段部（第１段部）
１１ａ：上面
１２：高段部（第２段部）
１２ａ：上面
２０：加圧チャンバー
Claims (15)
- 正極、負極および該正極と該負極との間に配置されたセパレータを含む電極組立体および電解質が外装体に封入されており、かつ段差部を有する二次電池前駆体を流体により拘束しながら、初期充電を行う工程を含む、二次電池の製造方法。
- 前記拘束が、前記流体を介した前記二次電池前駆体の表面への加圧である、請求項１に記載の二次電池の製造方法。
- 加圧チャンバーの内部に収容された前記流体中に前記二次電池前駆体を配置し、前記加圧チャンバー内部を加圧することにより、前記拘束を行う、請求項１または２に記載の二次電池の製造方法。
- 前記流体が気体および／または液体である、請求項１～３のいずれかに記載の二次電池の製造方法。
- 前記気体が空気、水蒸気、不活性気体またはこれらの混合気体である、請求項４に記載の二次電池の製造方法。
- 前記液体が水である、請求項４に記載の二次電池の製造方法。
- 前記流体による拘束力が大気圧よりも高い圧力である、請求項１～６のいずれかに記載の二次電池の製造方法。
- 前記拘束力が０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下の範囲内である、請求項７に記載の二次電池の製造方法。
- 前記初期充電工程において、前記二次電池前駆体が２５℃以上１００℃以下の範囲内の温度を有する、請求項１～８のいずれかに記載の二次電池の製造方法。
- 前記電極組立体の前記外装体への収容および前記電解質の前記外装体への注入を行った後、前記外装体の内部を封止して、二次電池前駆体を得る封入工程をさらに含み、
前記封入工程において、前記外装体の内部が減圧状態で前記封止を行う、請求項１～９のいずれかに記載の二次電池の製造方法。 - 前記封止時における前記内部の気圧が１ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下の範囲内である、請求項１０に記載の二次電池の製造方法。
- 前記外装体がラミネートフィルムから構成されている、請求項１～１１のいずれかに記載の二次電池の製造方法。
- 前記電極組立体が、前記正極、前記負極および前記セパレータを含む複数の電極ユニットを平面状に積層した平面積層構造を有するか、または前記正極、前記負極および前記セパレータを含む電極ユニットをロール状に巻回した巻回構造を有する、請求項１～１２のいずれかに記載の二次電池の製造方法。
- 前記正極および前記負極がリチウムイオンを吸蔵放出可能な層を有する、請求項１～１３のいずれかに記載の二次電池の製造方法。
- 前記二次電池がモバイル機器用二次電池である、請求項１～１４のいずれかに記載の二次電池の製造方法。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12051782B2 (en) | 2019-03-29 | 2024-07-30 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Method for producing non-aqueous alkali metal electricity storage element |
Citations (3)
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| JP2003059538A (ja) * | 2001-08-20 | 2003-02-28 | Sony Corp | 電池の製造方法 |
| JP2009295289A (ja) * | 2008-06-02 | 2009-12-17 | Panasonic Corp | リチウムイオン二次電池およびその製造方法 |
| JP5779828B2 (ja) * | 2012-05-25 | 2015-09-16 | エルジー・ケム・リミテッド | 段差を有する電極組立体、それを含む電池セル、電池パック及びデバイス |
-
2018
- 2018-03-01 WO PCT/JP2018/007751 patent/WO2018180167A1/ja active Application Filing
Patent Citations (3)
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