製造非水電解質二次電池的方法
2023-05-29 15:54:31
專利名稱：製造非水電解質二次電池的方法
技術領域：
本發明涉及製造非水電解質二次電池的方法。
背景技術：
非水電解質二次電池如鋰離子二次電池目前作為用於行動裝置的電源以及作為用於電動車輛和混合型機動車的電源而引起關注。迄今已經公開了用於製造非水電解質二次電池的多種方法(例如參考日本專利申請公開號10-50339 (JP-10-50339A))。JP-10-50339A描述了一種製造以下類型的鋰離子二次電池的方法。將非水電解質 溶液注入圓柱形鋰離子二次電池中，並且在減壓下在其中浸潰。在JP-10-50339A的工作實施例中，多次進行這樣的溶液注入。此外，當壓力降低時，間歇地並且重複地進行壓力降低和壓力升高。其公開內容提到，由此增強電解質溶液的浸潰能力。JP-10-50339A還提到，非水電解質溶液的浸潰能力可以通過以多個分開的部分引入電解質溶液來增強。具體而言，在JP-10-50339A中，非水電解質溶液的總量被簡單分割(即非水電解質溶液被分成具有相等的成分含有率的多個部分)，並且將非水電解質溶液的各個部分注入電池中。然而，近年來，已經存在進一步縮短非水電解質二次電池的製造時間的期望。為此，一直在尋求用於在短的時間段內將非水電解質溶液浸潰到電極組合件中的技術。
發明內容
本發明提供製造非水電解質二次電池的方法，其中非水電解質溶液可以在短的時間段內浸潰到電極組合件中。根據一個方面，本發明涉及一種製造非水電解質二次電池的方法，所述非水電解質二次電池包括電極組合件、容納所述電極組合件的電池殼、和浸入到所述電極組合件中的非水電解質溶液，所述電極組合件包括正電極、負電極和隔離器。該製造方法包括製備作為溶質含有率比所述非水電解質溶液的溶質含有率低的第一溶液和由所述非水電解質溶液的除所述第一溶液的成分之外的成分形成的第二溶液的分開形式的所述非水電解質溶液，並且將所述第一溶液注入到容納所述電極組合件的所述電池殼中的第一注入步驟；使所述第一溶液浸入到所述電極組合件中的第一浸潰步驟；將所述第二溶液注入到所述電池殼中的第二注入步驟；和使所述第二溶液浸入到所述電極組合件中的第二浸潰步驟。例如，在將非水電解質溶液向電池殼中的注入分成兩個步驟即第一注入步驟和第二注入步驟時，作為溶質含有率比所述非水電解質溶液的溶質含有率低的第一溶液和由從所述非水電解質溶液中除去所述第一溶液之後剩餘的成分形成的第二溶液的分開形式來製備所述非水電解質溶液，而不是將非水電解質溶液的總量簡單地分割(即將非水電解質溶液分割成具有相等成分含有率的兩個部分)。還能夠將注入步驟和浸潰各自進行三次或更多次。接下來，在第一注入步驟中，將所述第一溶液注入容納所述電極組合件的所述電池殼中。然後，在所述第一浸潰步驟中，將所述第一溶液浸入所述電極組合件中。溶質含有率比所述非水電解質溶液的溶質含有率低的所述第一溶液具有比所述非水電解質溶液快的浸入到所述電極組合件中的速率。也就是說，所述第一溶液浸入到所述電極組合件中的速率比所述非水電解質溶液的浸入速率更快。這是因為在溶液中存在的溶質降低所述溶液浸入到所述電極組合件中的速率，並且所述第一溶液具有比所述非水電解質溶液低的電解質含有率。接下來，在第二注入步驟中，將所述第二溶液注入到電池殼中，之後，在第二浸潰步驟中，將所述第二溶液浸入到所述電極組合件中。因為所述電極組合件已經被所述第一溶液(溶劑)潤溼，所以甚至可以將具有高溶質含有率的所述第二溶液快速地(在短時間內)浸入到所述電極組合件中。因此，利用上述製造方法可以在短的時間段內使非水電解質溶液浸入到電極組合·件中。在此處，「溶質含有率比非水電解質溶液的溶質含有率低的第一溶液」也涵蓋溶質含有率為0wt%的第一溶液。也就是說，該術語涵蓋僅由包含在所述非水電解質溶液中的溶劑的一部分形成的第一溶液。如果在所述第一浸潰步驟期間所述第一溶液未完全浸潰到所述電極組合件中(其中所述第一溶液的一部分剩餘在所述電極組合件的外部)，則隨後在所述第二浸潰步驟中將所述第一溶液的該剩餘部分連同所述第二溶液一起浸入到所述電極組合件中。或者，上述製造方法可以被稱為非水電解質二次電池製造方法，其包括將第一非水電解質溶液注入容納電極組合件的電池殼中的步驟和使所述第一非水電解質溶液浸入到所述電極組合件中的步驟，之後是將溶質含有率比所述第一非水電解質溶液高的第二非水電解質溶液注入所述電池殼中的步驟和將所述第二非水電解質溶液浸入所述電極組合件中的步驟。這意味著，在以兩個分開的部分將非水電解質溶液引入電池殼中的情況下，例如，使在所述第一非水電解質溶液中的所述溶質和溶劑分別為A(g)和B(g)，並且使在所述第二非水電解質溶液中的所述溶質和溶劑分別為C (g)和D(g)，則濃度(A+C)/(B+D) %與非水電解質溶液的最終濃度相符。在上述製造非水電解質二次電池的方法中，所述第一溶液可以由包含在所述非水電解質中的溶劑的一部分組成。在上述製造方法中，可以使用包含在所述非水電解質溶液中的溶劑的一部分作為所述第一溶液。也就是說，在所述第一注入步驟中，將包含在所述非水電解質溶液中的溶劑的一部分注入所述電池殼中，之後，在所述第一浸潰步驟中，使該溶劑浸潰到所述電極組合件中。與所述非水電解質溶液的浸入速率相比，所述溶劑浸入到所述電極組合件中的速率非常快。也可以使得在所述第二浸潰步驟中所述第二溶液的浸入速率是快的。因此，利用上述製造方法，可以在較短的時間段內將非水電解質溶液浸入到電極組合件中。在包含在非水電解質溶液中的溶劑由多種不同的成分(例如碳酸二甲酯(DMA)和碳酸甲乙酯(EMC))形成的情況下，「包含在非水電解質溶液中的溶劑的一部分」的一個例子為選自所述溶劑中的一種溶劑成分(例如只有DMC)。或者，可以包含多種不同的成分(例如DMC和EMC)，在該情況下其液體量可以設定為包含在所述非水電解質溶液中的所述溶劑的總量的部分(例如DMC的部分和EMC的部分)。「包含在非水電解質溶液中的溶劑的一部分」也涵蓋包含痕量溶質成分的溶液。也就是說，上述第一溶液是指基本上由包含在所述非水電解質溶液中的溶劑的一部分形成的溶液，並且不排除包含痕量(不影響浸入所述電極組合件中的速率的量)溶質成分的溶液。而且，在所述第一浸入步驟和所述第二浸入步驟中，可以多次進行在所述電池殼內降低壓力和隨後升高壓力的操作。根據該操作，由此可以甚至更進一步地增加所述第一溶液和所述第二溶液浸入到所述電極組合件中的速率。降低電池殼內的壓力和隨後升高壓力的操作的一個例子是從大氣壓力狀態降低電池殼內的壓力、隨後將壓力升高至大氣壓力(朝大氣開放)。在第一浸潰步驟和第二浸潰步驟中，多次進行降低電池殼內的壓力和隨後增加壓力的操作，之後可以將電池殼內的壓 力置於常壓狀態(例如大氣壓力狀態)並且靜置給定的時間段。
下面將參考附圖描述本發明的示例性實施方案的特徵、優點、以及技術和產業意義，附圖中類似的附圖標記表示類似的要素/元件，其中圖1是非水電解質二次電池的橫截面視圖；圖2是在非水電解質二次電池中的電極組合件的立體圖；圖3是顯示在電極組合件中的正電極的圖；圖4是顯示在電極組合件中的負電極的圖；圖5是顯示形成電極組合件的方式的圖；圖6是顯示在製造根據本發明的一個實施方案的非水電解質二次電池的方法的步驟序列的流程圖；圖7是示出製造根據本發明一個實施方案的非水電解質二次電池的方法的圖；圖8是比較非水電解質溶液的浸潰完成時間的圖；和圖9是顯示在電極組合件內的LiPF6濃度分布的圖。
具體實施例方式首先，描述通過本實施方案的製造方法製造的非水電解質二次電池100。參考圖1，非水電解質二次電池100是稜柱形密封的鋰離子二次電池，其具有矩形的電池殼110、外部正電極端子121和外部負電極端子131。電池殼110是具有稜柱形金屬容器111和共同形成矩形封閉空間的金屬蓋112的硬殼。電極組合件150等容納在電池殼110(稜柱形容器111)的內部。電極組合件150是由已經被一起卷繞成平坦形狀的片狀正電極155、片狀負電極156和片狀隔離器157形成的平卷電極組合件(見圖2)。如圖3所示，正電極155具有由鋁箔製成並且為在長度方向DA延伸的條形式的正電極集流構件151，並且具有作為條設置的兩個正電極複合材料層152，它們各自在正電極集流構件151的兩個面上沿長度方向DA延伸。正電極複合材料層152以89 8 3的比例(重量比)包含正電極活性材料153、由乙炔黑製成的導電材料和聚偏二氟乙烯(PVdF，粘結劑)。正電極155的塗有正電極複合材料層152的區域被稱為正電極複合材料層塗覆區域155c，其上沒有正電極複合材料層152並且僅由正電極集流構件151構成的區域被稱為正電極複合材料層未塗覆區域155b。正電極複合材料層未塗覆區域155b以條的形式沿正電極155的一個長邊在正電極155的長度方向DA上延伸。該正電極複合材料層未塗覆區域155b被捲成螺旋形狀並且在一端(圖1和2中的右側端)處被定位在電極組合件150的軸向方向(圖1中的從左至右的方向)。在該實施方案中，使用LiNv3CCV3Miv3O2作為正電極活性材料153。如圖4所示，負電極156具有由銅箔製成並且為在長度方向DA上延伸的條形式的負電極集流構件158，並且具有作為條設置的兩個負電極複合材料層159，它們各自在負電極集流構件158的兩個面上沿長度方向DA延伸。負電極複合材料層159以98 :1 :1的 比例(重量比)包含負電極活性材料154、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR，粘結劑)、和羧甲基纖維素(CMC，增稠劑)。負電極156的塗覆有負電極複合材料層159的區域被稱為負電極複合材料層塗覆區域156c，其上沒有負電極複合材料層159並且僅由負電極集流構件158構成的區域被稱為負電極複合材料層未塗覆區域156b。負電極複合材料層未塗覆區域156b以條的形式沿負電極156的一個長邊在負電極156的長度方向DA上延伸。該負電極複合材料層未塗覆區域156b被捲成螺旋形狀並且在一端(圖1和2中的左側端)處被定位在電極組合件150的軸向方向。在該實施方案中，使用石墨作為負電極活性材料154。正電極複合材料層未塗覆區域155b通過正電極連接器122電連接至外部正電極端子121 (見圖1)。同樣，負電極複合材料層未塗覆區域156b通過負電極連接器132電連接至外部負電極端子131。而且，外部正電極端子121和正電極連接器122 —體式形成以構成正電極集流端子構件120。類似地，外部負電極端子131和負電極連接器132 —體式形成以構成負電極集流端子構件130。隔離器157由三層形成聚丙烯(PP)/聚乙烯(PE)/聚丙烯(PP)。該隔離器157介於正電極155和負電極156之間並將其間隔開。隔離器157浸有包含鋰離子的非水電解質溶液140。在該實施方案中，使用溶解在由混合物形式的DMC、EMC和添加劑形成的非水溶劑中的作為鋰鹽的六氟磷酸鋰(LiPF6)和碳酸亞乙酯(EC)的非水溶液作為非水電解質溶液140。更具體而言，非水電解質溶液140包含40.1g DMC,28. 6g EMC,2. 5g添加劑、16. OgLiPFf^P 37. 8gEC。該非水電解質溶液140中的溶質含有率為43. O重量％，並且在非水電解質溶液140中的LiPF6的摩爾濃度為1.1摩爾/升。接下來，將描述製造根據該實施方案的非水電解質二次電池的方法。首先，在步驟SI中，組裝電池。也就是說，如圖3所示，製備由塗覆到條形式的正電極集流構件151的表面(兩側)上的正電極複合材料層152形成的正電極155。此外，如圖4所示，製備由塗覆到條形式的負電極集流構件158的表面(兩側)上的負電極複合材料層159形成的負電極156。接下來,如圖5所不,將負電極156、隔離器157、正電極155和隔離器157以所述
順序疊置並且卷繞在一起。更具體而言，利用在寬度方向(圖5中的左-右方向)上位於相互相反的側上的正電極155的正電極複合材料層未塗覆區域155b和負電極156的負電極複合材料層未塗覆區域156b，負電極156、隔離器157、正電極155和隔離器157以平坦形狀卷繞在一起，由此形成電極組合件150 (見圖2)。接下來，將電極組合件150的正電極複合材料層未塗覆區域155b和正電極集流端子構件120的正電極連接器122焊接在一起。類似地，將電極組合件150的負電極複合材料層未塗覆區域156b和負電極集流端子構件130的負電極連接器132焊接在一起。接下來，將其中正電極集流端子構件120和負電極集流端子構件130已經被焊接的電極組合件150放置在稜柱形容器111中，並且用蓋112封閉稜柱形容器111中的開口。然後將蓋112和稜柱形容器111焊接在一起，由此完成由容納在電池殼110內的電極組合件150形成的組裝體101 (見圖7)。此外，在蓋112的中央處形成穿過蓋112的溶液注入口 112b。接下來，進行到步驟S2，製備第一溶液和第二溶液。也就是說，作為溶質含有率比非水電解質溶液140的溶質含有率低的第一溶液和由非水電解質溶液140的除所述第一溶 液的成分之外的成分形成的第二溶液的分開形式製備非水電解質溶液140。接下來，進行到步驟S3 (第一注入步驟)，通過在電池殼110中的注入口 112b將第一溶液注入到電池殼110中。然後進行到步驟S4 (第一浸潰步驟)，將第一溶液浸潰到電極組合件150中。也就是說，多次(在該實施方案中為5次)進行降低電池殼110中的壓力和隨後升高壓力的操作。具體而言，利用真空泵(未顯示)，將電池殼110內的氣體通過電池殼110中的注入口112b排放到外部，由此降低電池殼110內的壓力(在該實施方案中，壓力從大氣壓力降低至IOOkPa)。接下來，將電池殼110內的壓力升高至大氣壓力(朝大氣開放)。多次進行該操作(在該實施方案中為5次)，由此能夠增加第一溶液浸入到電極組合件150中的速率。電池殼110內的壓力隨後在大氣壓力狀態下保持給定長度的時間(在該實施方案中為20分鐘)。接下來，進行至步驟S5 (第二浸潰步驟)，通過在電池殼110中的注入口 112b將第二溶液注入到電池殼110中。接下來進行至S6 (第二浸潰步驟)，將第二溶液浸入到電極組合件150中。也就是說，如在步驟S4中一樣，多次進行(在該實施方案中為5次)進行降低電池殼110中的壓力和隨後升高壓力的操作。具體而言，利用真空泵(未顯示)，將電池殼110內的氣體通過電池殼110中的注入口 112b排放到外部，由此降低電池殼110內的壓力(在該實施方案中,壓力從大氣壓力降低至IOOkPa)。接下來,將電池殼110內的壓力增加至大氣壓力(朝大氣開放)。多次進行該操作(在該實施方案中為5次)，由此能夠增加第二溶液浸入到電極組合件150中的速率。利用隨後將電池殼110內的壓力保持在大氣壓力狀態下，完成第一溶液和第二溶液(非水電解質溶液140)的浸潰。利用第一溶液和第二溶液浸入電極組合件150中，電極組合件150的內部浸潰有非水電解質溶液140。如果在步驟S4(第一浸潰步驟)中第一溶液未完全浸入到電極組合件150中並且第一溶液的一部分剩餘在電極組合件150的外部，則第一溶液的該剩餘部分之後將在步驟S6 (第二浸潰步驟)中與第二溶液一起浸入到電極組合件150中，從而能夠如上所述使非水電解質溶液140浸入電極組合件150中。接下來，用注入蓋114密封注入口 112b，之後，進行至步驟S7，進行非水電解質二次電池的初始充電。例如，充電在IC的恆定電流下開始直到4.1V的電池電壓，然後在將電池電壓保持在4.1V的同時繼續充電，並且在充電電流降低至O.1A時完成充電。由此將非水電解質二次電池設定為100%充電狀態(SOC)。該操作完成非水電解質二次電池100的製造。IC是當以恆定電流放電時具有作為額定容量值(標稱容量值)的容量的電池在I小時內達到放電結束的電流值。例如，當非水電解質二次電池的額定容量(標稱容量)為5. OAh 時，IC = 5. OA0實施例1在實施例1中，使用通過將24g DMC和16g EMC混合在一起獲得的溶劑作為第一溶液(見表I)。由此第一溶液的溶質含有率為(0/40) XlOO = 0(wt% )0使用由除非水電解質溶液140中的上述第一溶液的成分(24g DMC和16g EMC)之外的非水電解質溶液的成分形成的溶液作為第二溶液。具體而言，使用通過將16g LiPFf^P37. 8g EC溶解在通過將16.1g DMC、12. 6g EMC和2. 5g添加劑混合在一起獲得的溶劑中製備的溶液作為第二溶液(見表I)。由此第二溶液的溶質含有率為[(16. 0+37. 8) /85] X 100=63. 3 (重量 ％ )。表I
權利要求
1.一種製造非水電解質二次電池的方法，所述非水電解質二次電池包括電極組合件、 容納所述電極組合件的電池殼、和浸入到所述電極組合件中的非水電解質溶液，所述電極組合件包括正電極、負電極和隔離器，所述方法的特徵在於包括製備作為溶質含有率比所述非水電解質溶液的溶質含有率低的第一溶液和由所述非水電解質溶液的除所述第一溶液的成分之外的成分形成的第二溶液的分開形式的所述非水電解質溶液，並且將所述第一溶液注入到容納所述電極組合件的所述電池殼中的第一注入步驟(S3)；使所述第一溶液浸入到所述電極組合件中的第一浸潰步驟(S4)；將所述第二溶液注入到所述電池殼中的第二注入步驟(S5);和使所述第二溶液浸入到所述電極組合件中的第二浸潰步驟(S6)。
2.根據權利要求1所述的製造方法，其中所述第一溶液由包含在所述非水電解質溶液中的部分溶劑組成。
3.根據權利要求1或2所述的製造方法，其中，在所述第一浸潰步驟(S4)和所述第二浸潰步驟(S6)中，多次實施減小所述電池殼內的壓力、然後增加所述壓力的操作。
4.一種製造非水電解質二次電池的方法，其特徵在於包括將第一非水電解質溶液注入到容納電極組合件的電池殼中；使所述第一非水電解質溶液浸入到所述電極組合件中；之後將具有比所述第一非水電解質溶液高的溶質濃度的第二非水電解質溶液注入到所述電池殼中；和使所述第二非水電解質溶液浸入到所述電極組合件中。
全文摘要
本發明為製造非水電解質二次電池的方法。作為溶質含有率比非水電解質溶液的溶質含有率低的第一溶液和由非水電解質溶液的除所述第一溶液的成分之外的成分形成的第二溶液的分開形式製備非水電解質溶液(步驟S2)。接下來，在第一注入步驟(S3)中，將第一溶液注入到容納電極組合件的電池殼中。然後，在第一浸漬步驟(S4)中，使第一溶液浸入到電極組合件中。隨後，在第二注入步驟(S5)中，將第二溶液注入到電池殼中。然後，在第二浸漬步驟(S6)中，使第二溶液浸入到電極組合件中。
文檔編號H01M10/058GK103000952SQ20121033547
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月11日 優先權日2011年9月12日
發明者小野田祐介 申請人:豐田自動車株式會社