JP2004030939A

JP2004030939A - リチウム二次電池の製造方法

Info

Publication number: JP2004030939A
Application number: JP2002180988A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Ueda; 植田　英之; Shigeyuki Unoki; 鵜木　重幸; Masaya Ugaji; 宇賀治　正弥; Toru Matsui; 松井　徹
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】リチウムイオンを可逆的に吸蔵・脱離し得る活物質を含有する正極及び負極と、セパレータ、非水電解液とを備えるリチウム二次電池の製造方法であって、携帯電話機用の電源として要望される低温パルス放電特性、低温充電特性、過充電時の安全性、耐熱性に優れたリチウム二次電池の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】充電状態にある電池に高温熱処理を施した後、１．５Ｃ（２／３時間率）以上の高負荷定電流放電処理を少なくとも１回含む充放電処理を行う。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウム二次電池の製造方法に関し、特に携帯電話機用の電源として要望される低温パルス放電特性、低温充電特性、過充電時の安全性、耐熱性に優れたリチウム二次電池の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯型情報機器の小型軽量化、高性能化の急速な進展により、その駆動電源として、４Ｖ級の高い作動電圧を有し、高エネルギー密度化に適したリチウム二次電池の開発・実用化が積極的に行われている。
【０００３】
リチウム二次電池の正極活物質としては、層状岩塩構造を有するＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、スピネル構造を有するＬｉＭｎ_２Ｏ_４等のリチウム含有遷移金属化合物が用いられており、負極活物質には、天然黒鉛、球状・繊維状の人造黒鉛、難黒鉛化性炭素（ハードカーボン）、易黒鉛化性炭素（ソフトカーボン）等の炭素材料が採用されている。
【０００４】
高エネルギー密度化を実現するための有効な手段として、正極活物質の高密度充填化、高容量の負極活物質の採用、セパレータの薄型化の他、極板群構造や機構部品の最適化による取り組みがなされ、年率１０％以上のエネルギー密度の向上が遂げられている。
【０００５】
さらにリチウムイオン電池の安全性・実用信頼性を確保するために、材料面では、セパレータの高機能化、電解液添加剤の最適化等の検討も盛んに行われている。一方、製造プロセス面では、電解液の極板群への含浸性を向上させると共に、負極活物質（炭素材料）表面での電解液の分解を抑制し、リチウム挿入を可能にするＳＥＩ皮膜を効果的に形成させるために、電解液を電池ケース内に注入し封栓した後に、「エージング」と称される熱処理工程を導入する方法が提案されている。
【０００６】
例えば、ＷＯ９７／３０４８７号公報に開示されているように、２℃〜３０℃の低温エージングをし、次いで、充電もしくは充放電した後、４０℃〜７０℃の高温エージングをしたり、特開平１１−２８８７１２号公報に開示されているように、３０℃〜７０℃の温度で開路電圧が２．５Ｖ〜３．８Ｖの条件で保存した後、４．０Ｖ以上に充電し、さらに３０℃〜７０℃の温度で開路電圧が３．９Ｖ〜４．３Ｖの条件で保存することにより、高容量で充放電サイクル特性を改善する方法が提案されている。また、特開２０００―３４０２６２号公報には、電池の充電深度（ＳＯＣ）が３０％以上であり、保存温度が４０℃以上７０℃未満の場合、初期放電容量の大きなＬｉＮｉＯ_２系リチウム二次電池が得られ、電池の充電深度（ＳＯＣ）が６０％以上であり、保存温度が７０℃以上９０℃以下の場合、充放電サイクル特性が改善されたＬｉＮｉＯ_２系リチウム二次電池を得る方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記これらの提案を用いても、携帯電話機用の電源として要望される低温パルス放電特性、低温充電特性、耐熱性に優れたリチウム二次電池を提供することは困難であった。例えば、４０℃以上９０℃以下の保存温度で高温エージング処理を行う際に、電池の充電深度が高い、すなわち、皮膜の生成速度が速いために、正極活物質及び負極活物質の表面に不均質な厚い皮膜が形成され、その結果、電池の内部抵抗（皮膜抵抗、電荷移動抵抗）が増大し、低温パルス放電特性が低下するといった問題が発生した。
【０００８】
また、低温環境で充電した場合に、負極活物質表面に金属リチウムが針状・樹枝状の結晶形態で析出し、その一部は折れて脱落したり、電解液溶媒と反応してＳＥＩ皮膜形成等に消費され、電池の充放電効率の低下を招く結果となった。さらにこの低温環境で充電した電池を用いて１５０℃加熱試験を行うと、電解液溶媒と負極活物質表面に析出した金属リチウムとの発熱反応により、発火・破裂に至る場合があった。
【０００９】
一方、電池の充電深度が低い、すなわち、低開路電圧にて高温エージングを行った場合、或いは、４０℃未満の低温エージングを行った場合には、低温パルス放電特性は改善されるものの、電解液溶媒の酸化分解生成物による正極表面の皮膜形成が不充分となり、過充電時の安全性が低下するといった問題が発生した。さらにエージング時に活物質の膨張による極板内部への電解液の含浸性が促進されにくいため、充放電時の電極反応が不均一となり、サイクル初期段階での容量維持率が確保できないといった問題を有していた。
【００１０】
ところで、充放電処理の方法としては、特開２０００−１４９９９６号公報に開示されているように、室温より高い４０℃〜７０℃にて充電し、室温にて放電させ負極炭素中にリチウムを残存させ、過放電特性と高温保存特性を向上させる提案があるが、放電負荷は通常の範囲内であり、低温特性については記載されていない。
【００１１】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、携帯電話機用の電源として要望される低温パルス放電特性、低温充電特性、過充電時の安全性、耐熱性に優れたリチウム二次電池の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のリチウム二次電池の製造方法は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・脱離し得る活物質を含有する正極及び負極と、セパレータ、非水電解液とを備えるリチウム二次電池の製造方法であって、充電状態にある電池に高温熱処理を施した後、１．５Ｃ（２／３時間率）以上の高負荷定電流放電処理を少なくとも１回含む充放電処理を行うことを特徴とするリチウム二次電池の製造方法である。
【００１３】
このように高温熱処理後に１．５Ｃ（２／３時間率）以上の高負荷定電流放電を行うことで、負極活物質の急激な体積収縮（層間距離の収縮）を起こさせ、負極活物質表面に形成されているＳＥＩ皮膜に微小な亀裂（クラック）を生じさせる。その結果、電池の内部抵抗の低減化、低温充電時の負極表面への金属リチウム析出の抑制が可能となる。一方、高温熱処理により、正極活物質表面の不活性化（電解液溶媒の酸化分解生成物による正極表面の皮膜形成）を促進させることができるため、低温パルス放電特性、低温充電特性、過充電時の安全性、耐熱性に優れたリチウム二次電池の製造方法を提供することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のリチウム二次電池の形状としては、角型、扁平型、円筒型などの形状に限定されるものではないが、図１に示す角型非水電解液電池の断面図を用いて、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１に示すように、正極板１４と負極板１６とがセパレータ１５を介在して楕円状に捲回された極板群が、有底角型の電池ケース１１に収容されており、封口板１２の内部端子に電気的に接続されており、封口板１２と電池ケース１１とをレーザー溶接した後、封口板１２に設けた注液孔から非水電解液を注液した後、注液栓をレーザーで封口している。
【００１６】
この正極板１４は、アルミニウム製の箔やラス加工やエッチング処理された箔からなる集電体１３の片側または両面に正極活物質と結着剤、必要に応じて導電剤を溶剤に混練分散させたペーストを塗布、乾燥、圧延して作製することができる。そして、正極板１４の厚みは１３０μｍ〜２００μｍの厚みで、柔軟性があることが好ましい。
【００１７】
正極活物質としては、例えば、リチウムイオンをゲストとして受け入れ得るリチウム含有遷移金属化合物が使用される。例えば、コバルト、マンガン、ニッケル、クロム、鉄およびバナジウムから選ばれる少なくとも一種類の金属とリチウムとの複合金属酸化物、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＣｏ_ｘＮｉ_{（１−ｘ）}Ｏ_２（０＜ｘ＜１）、ＬｉＣｒＯ_２、αＬｉＦｅＯ_２、ＬｉＶＯ_２等が好ましい。
【００１８】
結着剤としては、溶剤に混練分散できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、フッ素系結着材やアクリルゴム、変性アクリルゴム、スチレンーブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリル系重合体、ビニル系重合体等を単独、或いは二種類以上の混合物または共重合体として用いることができる。フッ素系結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンと六フッ化プロピレンの共重合体やポリテトラフルオロエチレン樹脂のディスパージョンが好ましい。
【００１９】
必要に応じて導電剤、増粘剤を加えることができ、導電剤としてはアセチレンブラック、グラファイト、炭素繊維等を単独、或いは二種類以上の混合物が好ましく、増粘剤としてはエチレン−ビニルアルコール共重合体、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどが好ましい。
【００２０】
溶剤としては、結着剤が溶解可能な溶剤が適切で、有機系結着剤の場合は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルスルホルアミド、テトラメチル尿素、アセトン、メチルエチルケトン等の有機溶剤を単独またはこれらを混合した混合溶剤が好ましく、水系結着剤の場合は水または温水が好ましい。
【００２１】
また、上記ペーストの混練分散時に、各種分散剤、界面活性剤、安定剤等を必要に応じて添加することも可能である。
【００２２】
塗着乾燥は、特に限定されるものではなく、上記のように混錬分散させたスラリー状合剤を、例えば、スリットダイコーター、リバースロールコーター、リップコーター、ブレードコーター、ナイフコーター、グラビアコーター、ディップコーター等を用いて、容易に塗着することができ、自然乾燥に近い乾燥が好ましいが、生産性を考慮すると７０℃〜２００℃の温度で５時間〜１０分間乾燥させるのが好ましい。
【００２３】
圧延は、ロールプレス機によって所定の厚みになるまで、線圧１０００〜２０００ｋｇ／ｃｍで数回圧延を行うか、線圧を変えて圧延するのが好ましい。
【００２４】
また、負極板１６は、集電体１７の片側または両面に負極活物質と結着剤、必要に応じて導電剤を溶剤に混練分散させたペーストを塗布、乾燥、圧延して作製することができる。そして、負極板の厚みは正極板と同様に１４０μｍ〜２１０μｍの厚みで、柔軟性があることが好ましい。
【００２５】
この負極集電体１７として用いる銅または銅合金は、特に限定されるものではなく、圧延箔、電解箔などが挙げることができ、その形状も箔、孔開き箔、エキスパンド材、ラス材等であっても構わない。
【００２６】
負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを可逆的に吸蔵、脱離し得る黒鉛型結晶構造を有するグラファイトを含む材料、例えば天然黒鉛や球状・繊維状の人造黒鉛、難黒鉛化性炭素（ハードカーボン）、易黒鉛化性炭素（ソフトカーボン）等の炭素材料が好ましく、特に、格子面（００２）の面間隔（ｄ_００２）が３．３５０〜３．４００Åである黒鉛型結晶構造を有する炭素材料を使用することがより好ましい。
【００２７】
結着剤、溶剤および必要に応じて加えることができる導電剤、増粘剤は正極と同様のものを使用することができる。
【００２８】
セパレータ１５としては、厚さ１５μｍ〜３０μｍのポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などの微多孔性ポリオレフイン系樹脂の単層やポリエチレン樹脂の両側にポリプロピレン樹脂を積層したものが好ましい。
【００２９】
電池ケース１１としては、上端が開口している有底の角型ケースであり、その材質は、耐圧強度の観点からマンガン、銅等の金属を微量含有するアルミニウム合金や安価なニッケルメッキを施した鋼鈑が好ましい。
【００３０】
このようにして作製した正極板１４と負極板１６とをセパレータ１５を介して絶縁されている状態で扁平状に巻回した極板群を乾燥した後、電池ケース１１に収納するか、極板群を電池ケース１１に収納した後、乾燥する。
【００３１】
この乾燥条件としては、低湿度、高温の雰囲気であることが好ましいが、温度が高すぎるとセパレータに熱収縮が生じたり、微多孔孔が潰れたりして電池特性に悪影響を及ぼすので、具体的には露点が−３０〜−８０℃であり、温度が８０〜１２０℃であることが好ましい。
【００３２】
電解液としては、非水溶媒に電解質を溶解することにより調整される。前記非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジクロロエタン、１，３−ジメトキシプロパン、４−メチル−２−ペンタノン、１，４−ジオキサン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、スルホラン、３−メチル−スルホラン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等を用いることができ、これらの非水溶媒は、単独或いは二種類以上の混合溶媒として、使用することができる。
【００３３】
非水電解液に含まれる電解質としては、例えば、電子吸引性の強いリチウム塩を使用し、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_２、ＬｉＣ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_３等が挙げられる。これらの電解質は、一種類で使用しても良く、二種類以上組み合わせて使用しても良い。これらの電解質は、前記非水溶媒に対して０．５〜１．５Ｍの濃度で溶解させることが好ましい。
【００３４】
本発明の製造方法は、このようにして作製したリチウム二次電池を充電状態にし、高温熱処理後に、１．５Ｃ（２／３時間率）以上の高負荷定電流放電処理を少なくと１回含む充放電処理を行う。
【００３５】
ここでいう充電状態とは、非水電解液を注液した後、注液栓をレーザーで封口することによって作製したリチウム二次電池を、定電流充電方式または定電流定電圧充電方式にて充電した状態であっても、定電流充電方式または定電流定電圧充電方式にて充電し、定電流方式で放電する充放電サイクルを少なくとも１回行い、再充電した状態であっても良い。
【００３６】
その充電条件としては、特に限定されるものではなく、最大電流が０．５Ｃ（２時間率）以下であることが好ましい。
【００３７】
電池の充電深度としては、５０％〜１００％の範囲とするのが好ましく、定電流充電の時間設定または定電圧充電時の電圧の設定値を３．８０Ｖ〜４．２０Ｖに設定して充電することによって容易に得られる。
【００３８】
充電深度が５０％未満の場合、その後高温熱処理をしても正極活物質表面の不活性化（電解液溶媒の酸化分解生成物による正極表面の皮膜形成）が不充分となるため、過充電時の安全性が悪化するので好ましくなく、充電深度が１００％を超えると正極活物質表面の不活性化が著しく進行するとともに、負極活物質表面にＳＥＩ皮膜が厚くなりすぎて、高負荷定電流放電処理をしても効果的にＳＥＩ皮膜に微小な亀裂を生じせせることが困難になり、その結果、電池の内部抵抗が増大し、低温パルス放電特性が低下するので好ましくない。充電深度のばらつきを考慮すると、充電深度は６０％〜９０％の範囲がより好ましい。
【００３９】
高温熱処理を施すことにより、電解液の極板群への含浸性を向上させるとともに、正極活物質表面の不活性化ならびに負極活物質表面のにＳＥＩ皮膜形成を同時に行うことができる。
【００４０】
熱処理温度としては、４０℃〜８０℃の範囲とすることが好ましく、特に好ましいのは、４０℃〜７０℃の範囲である。
【００４１】
熱処理温度が４０℃未満の場合には、正極活物質表面の不活性化が不充分なため、過充電時の安全性が悪化するので好ましくなく、熱処理温度が８０℃を超える場合には、正極活物質及び負極活物質表面に不均質な厚い皮膜が形成され、電池の内部抵抗が増大し、低温パルス放電特性、低温充電特性が悪化するので好ましくない。
【００４２】
熱処理時間としては、熱処理温度および電池の充電深度により適宜決定されるが、量産性を考慮すると１２時間〜１０日間程度の範囲が好ましい。
【００４３】
高負荷定電流放電処理により、負極活物質に急激な体積収縮（層間距離の収縮）を起こさせることで、負極活物質表面に形成されているＳＥＩ皮膜に微小な亀裂（クラック）を生じさせることができる。そのために必要な放電電流値としては、１．５Ｃ（２／３時間率）以上が好ましく、特に好ましいのは、２Ｃ（１／２時間率）〜３Ｃ（１／３時間率）の範囲である。
【００４４】
電流値が１．５Ｃ（２／３時間率）未満の場合には、効果的にＳＥＩ皮膜に微小な亀裂を生じさせることが困難になるので好ましくない。逆に、電流値を大きくすると、分極が大きくなり、すぐに放電終止電圧に到達してしまい、均一に微小な亀裂を生じさせることが難しくなる上、大規模な充放電設備が必要となるため、上限電流値としては４Ｃ（１／４時間率）以下が好ましい。
【００４５】
高負荷定電流放電処理時の終止電圧としては、放電前との電圧差が大きい方が、負極活物質の急激な体積収縮を起こさせることができ、負極活物質表面に形成されているＳＥＩ皮膜に微小な亀裂を生じさせることが容易となるので、２．５Ｖ〜３．４Ｖの範囲が好ましく、特に好ましくは、２．５Ｖ〜３．０Ｖの範囲である。
【００４６】
また、高負荷定電流放電処理を前記高温熱処理温度以下で行うことにより、負極板がより剛直な状態で負極活物質の急激な体積収縮を起こさせることができ、ＳＥＩ皮膜に微小な亀裂を生じさせることが容易となるので、高負荷定電流放電処理は−２０℃〜３０℃の温度範囲で行うことが好ましく、特に好ましくは、−１０℃〜２０℃の範囲である。
【００４７】
その結果として、電池の内部抵抗の低減化、低温充電時の負極表面への金属リチウム析出の抑制が可能となり、低温パルス放電特性、低温充電特性、耐熱性に優れたリチウム二次電池の製造方法を提供することができる。
【００４８】
【実施例】
本発明を実施例と比較例を用いて詳細に説明するが、これらは、本発明を何ら限定するものではない。
【００４９】
（実施例）
まず、正極板１４は、正極活物質としてコバルト酸リチウムを１００重量部、導電剤としてアセチレンブラックを３重量部、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂を固形分で４重量部とカルボキシメチルセルロースを０．８重量部を加え、水を溶剤として混練分散させてペーストを作製した。このペーストを、厚さ２０μｍの帯状のアルミニウム箔からなる集電体１３に連続的に間欠塗着を行い乾燥し、２５０℃で１０時間熱処理を行った後、線圧１０００Ｋｇ／ｃｍで３回圧延を行った。
【００５０】
そして、アルミニウム製の正極リードをスポット溶接して取付け、さらに内部短絡を防止するためのポリプロピレン樹脂製絶縁テープを貼付することにより、幅寸法４２ｍｍ、長さ３００ｍｍ、厚さ０．１８０ｍｍの正極板１４を作製した。
【００５１】
次に、負極板１６は、負極活物質としてリチウムを吸蔵、放出可能な鱗片状黒鉛を１００重量部、結着剤としてスチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）の水溶性デイスパージョンを固形分として４重量部、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースを０．８重量部、溶剤として水を加え、混練分散させてペースト状合剤を作製した。このペーストを、厚さ１４μｍの帯状の銅箔からなる集電体１７に連続的に間欠塗着を行い、１１０℃で３０分間乾燥し、線圧１１０Ｋｇ／ｃｍで３回圧延を行った。
【００５２】
そして、ニッケル製の負極リードをスポット溶接して取付け、さらに内部短絡を防止するためのポリプロピレン樹脂製絶縁テープを貼付することにより、幅寸法４４ｍｍ、長さ４００ｍｍ、厚さ０．１９６ｍｍの負極板１６を作製した。
【００５３】
このようにして、正極板１４と負極板１６とが厚さ２０μｍのポリプロピレン樹脂製の微多孔性セパレータ１５を介して絶縁された状態で楕円状に巻回した電極群の長辺面から６０℃の温度で６．５ＭＰａの圧力条件にて３０秒間プレスすることにより扁平状の極板群を得た。
【００５４】
この扁平状の極板群をマンガン、銅等の金属を微量含有する３０００系のアルミニウム合金を用いて、肉厚０．２５ｍｍで、幅寸法６．３ｍｍ、長さ寸法３４．０ｍｍ、総高５０．０ｍｍの形状にプレス成型により作製した有底角型の電池ケース１１内に収納した。
【００５５】
露点−３０℃、温度９０℃で２時間乾燥させることによって、カールフィシャー式水分計を用いた測定で、極板群の含有水分量を５００ｐｐｍから７０ｐｐｍに下げた。
【００５６】
さらに、封口板１２と電池ケース１１とをレーザ溶接した後、封口板１２に設けた注液孔より、エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）を２：１で混合した混合溶媒に、ＬｉＰＦ_６を１．０Ｍの濃度で溶解させた非水電解液を注液した後、注液栓をレーザで封口して、電池容量が１０００ｍＡｈを設計値とする角型リチウム二次電池を作製した。
【００５７】
このようにして作製した角型リチウム二次電池を３０℃の環境下、４．０７Ｖの定電圧、最大電流０．２Ｃ（２００ｍＡ）の充電条件にて充電深度８７％の状態まで充電し、次いで、６０℃の環境下、２時間の処理条件にて高温熱処理を行った後、高負荷定電流放電を２０℃の環境下、２．０Ｃ（２０００ｍＡ）の放電電流にて２．７５Ｖの放電終止電圧まで行った電池を電池Ａとした。
【００５８】
同様にして、表１に示すような充電、高温熱処理、高負荷定電流放電処理の各処理条件にて電池を作製し、電池Ｂ〜電池Ｈとした。
【００５９】
なお、電池Ｂ、電池Ｃの場合には、表１に示す充電、高温熱処理、高負荷定電流放電処理を１回行った後、３０℃の環境下、４．２０Ｖの定電圧、最大電流０．２Ｃ（２００ｍＡ）の充電条件にて、充電深度１００％の状態まで充電し、表１に示す高負荷定電流放電処理をそれぞれ、２回、１回追加した。
【００６０】
また、電池Ｇの場合には、３０℃の環境下、４．２０Ｖの定電圧、最大電流０．２Ｃ（２００ｍＡ）の充電条件にて、充電深度１００％の状態まで充電し、次いで、１．０Ｃ（１０００ｍＡ）の放電電流にて２．７５Ｖの放電終止電圧まで放電する充放電処理を２サイクル行った後、表１に示す充電、高温熱処理、高負荷定電流放電処理を１回行い、３０℃の環境下、４．２０Ｖの定電圧、最大電流０．２Ｃ（２００ｍＡ）の充電条件にて、充電深度１００％の状態まで充電し、表１に示す高負荷定電流放電処理を１回行った。
【００６１】
そして、電池Ｈの場合には、表１に示す充電、高温熱処理し、３０℃の環境下、１．０Ｃ（１０００ｍＡ）の放電電流にて２．７５Ｖの放電終止電圧まで放電した後、４．２０Ｖの定電圧、最大電流０．２Ｃ（２００ｍＡ）の充電条件にて、充電深度１００％の状態まで充電する放充電処理を１サイクル行った後、表１に示す高負荷定電流放電処理を行った。
【００６２】
【表１】

【００６３】
（比較例）
実施例と同様にして作製した角型リチウム二次電池を表１に示すような充電、高温熱処理、高負荷定電流放電の各処理条件にて電池を作製し、電池１〜電池８とした。
【００６４】
なお、電池６の場合には、充電、高温熱処理のみを行い、高負荷定電流放電処理を行なわなかった。
【００６５】
このようにして作製した実施例の電池Ａ〜電池Ｈ、比較例の電池１〜電池８について、低温パルス放電特性、低温充電特性、過充電試験による安全性、１５０℃加熱試験による耐熱性を評価した結果を表１に示す。
【００６６】
低温パルス放電特性は、各１０個の電池を用い２０℃の環境下において、０．７Ｃ（７００ｍＡ）の定電流充電を行い、電池電圧が４．２Ｖに到達した後は、４．２Ｖの電圧を維持したまま、電流値が減衰して０．０５Ｃ（５０ｍＡ）となるまで定電圧充電を行った。その後、２０℃の環境下において、１．２Ｃ（１２００ｍＡ）６ｍｓと０．１Ｃ（１００ｍＡ）１２ｍｓのパルス放電パターンにて、３．２Ｖの放電終止電圧まで放電した場合の電池容量を初期容量とした。
【００６７】
次に、上記と同じ充電条件にて充電後、０℃の環境下において３時間放置した後、上記と同じパルス放電条件にて放電した場合の電池容量を測定し、初期容量に対する放電容量比率を算出し、各１０個の電池の放電容量比率の平均値の結果を表１に示す。
【００６８】
また、低温充電特性は、各１０個の電池を用い、２０℃の環境下において、１Ｃ（１０００ｍＡ）の定電流充電を行い、電池電圧が４．２Ｖに到達した後は、４．２Ｖの電圧を維持したまま、電流値が減衰して０．０５Ｃ（５０ｍＡ）となるまで定電圧充電を行った。その後、２０℃の環境下において、１Ｃ（１０００ｍＡ）の定電流にて、３．０Ｖの放電終止電圧まで放電した場合の電池容量を初期容量とした。
【００６９】
次に、０℃の環境下において３時間放置した後、上記と同じ充電条件にて充電後、２０℃の環境下において３時間放置した後、上記と同じ放電条件にて放電した場合の電池容量を測定し、初期容量に対する放電容量比率を算出し、各１０個の電池の放電容量比率の平均値の結果を表１に示す。
【００７０】
過充電時の安全性は、各５個の電池を用い、２０℃の環境下において、電池が宙づり状態になるように治具に取り付け、１Ｃ（１０００ｍＡ）の定電流にて連続充電した場合の発火、破裂の割合を評価した結果を表１に示す。
【００７１】
１５０℃の加熱試験による耐熱性は、各５個の電池を用い、−５℃の環境下において、１Ｃ（１０００ｍＡ）の定電流充電を行い、電池電圧が４．３１Ｖに到達した後は、４．３１Ｖの電圧を維持したまま、電流値が減衰して０．０５Ｃ（５０ｍＡ）となるまで定電圧充電を行った。次に、この充電した電池を防爆機能付きの乾燥機中に宙づり状態になるように治具に取り付け、５℃／ｍｉｎの昇温速度で１５０℃まで昇温させ、１５０℃で３時間保持した場合の発火、破裂の割合を評価した結果を表１に示す。
【００７２】
表１から明らかなように、電池Ａ〜電池Ｈは、充電状態にある電池に高温熱処理を施した後、１．５Ｃ（２／３時間率）以上の高負荷定電流放電処理を少なくとも１回行うことにより、低温パルス放電特性、低温充電特性、過充電時の安全性、耐熱性に優れたリチウム二次電池が得られることがわかった。
【００７３】
特に、電池Ａ、電池Ｂの比較から、高負荷定電流放電処理の回数を増加させることにより、過充電時の安全性、耐熱性が確保でき、低温パルス放電特性、低温充電特性をより向上させたリチウム二次電池が得られることがわかった。
【００７４】
一方、電池Ｇのように、高温熱処理前に充放電を行った場合や電池Ｈのように高温熱処理後に充放電を行い、次いで、高負荷定電流放電処理を行った場合においても、同様の効果が得られることがわかった。
【００７５】
これに対して、電池１の場合には、高温熱処理時の電池の充電深度が高すぎるため、正極活物質表面の不活性化が著しく進行するとともに、負極活物質表面のＳＥＩ膜が極めて厚くなり、高負荷定電流放電処理を行っても、効果的にＳＥＩ皮膜に微小な亀裂を生じさせることが困難となり、低温パルス放電特性、低温充電特性が低下するとともに、低温充電時に金属リチウムが析出し、１５０℃耐熱性が著しく悪化した。
【００７６】
逆に、電池２、電池３の場合には、高温熱処理時の電池の充電深度が低すぎるため、正極活物質表面の不活性化が不充分となるため、正負極間の分極バランスがくずれ、低温特性が低下するとともに、過充電時の安全性が著しく悪化した。
【００７７】
電池４の場合には、高温熱処理時の熱処理温度が高すぎるため、正極活物質表面の不活性化が著しく進行するとともに、負極活物質表面のＳＥＩ膜が極めて厚くなり、高負荷定電流放電処理を行っても、効果的にＳＥＩ皮膜に微小な亀裂を生じさせることが困難となり、低温パルス放電特性、低温充電特性が低下するとともに、低温充電時に金属リチウムが析出し、１５０℃耐熱性が著しく悪化した。
【００７８】
電池５の場合には、高温熱処理時の熱処理温度が低すぎるため、正極活物質表面の不活性化が不充分となるため、正負極間の分極バランスがくずれ、低温特性が低下するとともに、過充電時の安全性が著しく悪化した。
【００７９】
電池６の場合には、高負荷定電流放電処理を行っていないため、電池７の場合には、高負荷定電流放電処理の電流値が小さすぎるため、ＳＥＩ皮膜に微小な亀裂を生じさせることが困難となり、低温パルス放電特性、低温充電特性が低下するとともに、低温充電時に金属リチウムが析出し、１５０℃耐熱性が著しく悪化した。
【００８０】
電池８の場合には、高負荷定電流放電処理の電流値が大きすぎるため、分極が大きくなり、すぐに放電終止電圧に到達してしまい、均質に微小な亀裂を生じさせることが困難となり、低温パルス放電特性、低温充電特性が低下するとともに、低温充電時に金属リチウムが析出し、１５０℃耐熱性が著しく悪化した。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の製造方法によれば、充電状態にある電池に高温熱処理を施した後、１．５Ｃ（２／３時間率）の高負荷定電流放電処理を少なくとも１回含む充放電処理を行うことにより、低温パルス放電特性、低温充電特性、過充電時の安全性、耐熱性に優れたリチウム二次電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリチウム二次電池の縦断面図
【符号の説明】
１１　　電池ケース
１２　　封口板
１３　　正極集電体
１４　　正極板
１５　　セパレータ
１６　　負極板
１７　　負極集電体

Claims

リチウムイオンを可逆的に吸蔵・脱離し得る活物質を含有する正極及び負極と、セパレータ、非水電解液とを備えるリチウム二次電池の製造方法であって、充電状態にある電池に高温熱処理を施した後、１．５Ｃ（２／３時間率）以上の高負荷定電流放電処理を少なくとも１回含む充放電処理を行うことを特徴とするリチウム二次電池の製造方法。
前記充電状態にある電池の充電深度を５０％〜１００％とすることを特徴とする請求項１記載のリチウム二次電池の製造方法。
前記高温熱処理の温度を４０℃〜８０℃とすることを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池の製造方法。
前記高負荷定電流放電処理を高温熱処理の温度以下で行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のリチウム二次電池の製造方法。