JP4067258B2 - 二次電池のサイクル寿命特性評価方法 - Google Patents
二次電池のサイクル寿命特性評価方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4067258B2 JP4067258B2 JP37426299A JP37426299A JP4067258B2 JP 4067258 B2 JP4067258 B2 JP 4067258B2 JP 37426299 A JP37426299 A JP 37426299A JP 37426299 A JP37426299 A JP 37426299A JP 4067258 B2 JP4067258 B2 JP 4067258B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cycle life
- secondary battery
- pressure
- battery
- battery case
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池のサイクル寿命特性を評価する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、二次電池、特にリチウム二次電池などの非水電解質電池の開発が盛んに行われており、充放電サイクル寿命特性に優れた非水電解質二次電池の開発が重要な課題となっている。
【0003】
この中で、リチウムを複合させた金属カルコゲン化合物を正極活物質として用いたリチウム二次電池が開示されている(特開平5−325964号公報)。この電池では、充放電に伴う膨張の少ない活物質として金属カルコゲン化合物を用いることにより、充放電サイクル寿命特性の向上を可能にしている。
【0004】
このように、充放電に伴う活物質の膨張は充放電サイクル寿命特性に大きな影響を与えるものであり、正極及び負極に圧力がかかることにより、サイクル寿命特性は大きく左右される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、正極及び負極にかかる圧力とサイクル寿命特性との関係を評価する方法は従来知られていない。
【0006】
本発明の目的は、正極及び負極にかかる圧力とサイクル寿命特性との関係を簡単かつ確実に評価することができる方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正極と負極とからなる少なくとも1つの電極群が、これら両電極を隔離するセパレータと、電解質と共に金属箔を合成樹脂でラミネートしたフィルム材から形成されている電池ケースに収納された二次電池のサイクル寿命特性を評価する方法であり、上記電池ケースに外部から圧力を加えてその内部の正極及び負極に圧力を加えた状態で充放電サイクル試験を行うことにより、サイクル寿命特性を評価することを特徴としている。
【0008】
本発明においては、電池ケースに外部から圧力が加えられた際、その内部の正極及び負極に圧力が加わるように、電池ケースはフレキシブルな材料から形成されていることが好ましい。このような材料としては、例えば金属箔を合成樹脂でラミネートしたフィルム材が挙げられる。
【0009】
本発明では、金属箔を合成樹脂でラミネートしたフィルム材から形成されている電池ケースに外部から圧力を加えてその内部の正極及び負極に圧力を加えた状態で充放電サイクル試験を行う。充放電サイクル試験の間、この圧力によって正極及び負極の活物質は充放電に伴う膨脹を抑制され負荷を受ける。このような圧力負荷を受けた状態で、繰り返し充放電サイクル試験を行うことにより、様々な正極及び負極活物質の膨脹の程度に応じた電極の劣化、ひいては充放電サイクル特性の低下が起こる。すなわち、正極及び負極に圧力を加えた状態で充放電サイクル試験を行うことにより、正極及び負極活物質の充放電に伴う膨脹による充放電サイクル特性への影響を促進させることができ、様々な正極及び負極活物質を用いた場合のサイクル寿命特性を簡単かつ確実に評価することができる。
【0010】
本発明に従う好ましい実施形態においては、金属箔を合成樹脂でラミネートしたフィルム材から形成されている電池ケースを締付圧力を加えるための締付冶具に取り付け、上記電池ケースの少なくとも一部に締付圧力を加えることにより、外部からの圧力を上記電池ケースに加える。電極群が特定の面方向に延びる電極面を有する場合には、締付圧力がこの電極面に対し垂直方向となるように加えられる。
【0011】
締付冶具は、例えば、金属箔を合成樹脂でラミネートしたフィルム材から形成されている電池ケースを両側から挟むための平板状冶具と、平板状冶具で上記電池ケースを挟みつけた状態で平板状冶具を固定するための固定冶具とから構成される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。
【0013】
(実施例)
負極活物質として天然黒鉛を用い、正極活物質としてリチウム含有コバルト酸化物(LiCoO2)を用いた薄型電池と、負極活物質として天然黒鉛を用い、正極活物質としてリチウム含有マンガン酸化物(LiMn2O4)を用いた薄型電池を作製し、これらについて電池ケースに圧力を加えながら充放電サイクル寿命特性を評価した。これらの薄型電池については、以下のようにして作製した。
【0014】
〔正極の作製1:LiCoO2〕
正極主材料としてのリチウム含有コバルト酸化物(LiCoO2)粉末90重量部と、人造黒鉛粉末5重量部と、ポリフッ化ビニリデン5重量部のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液とを混合して、スラリーを調製した。このスラリーをアルミニウム箔の両面にドクターブレード法により塗布して活物質層を形成した。その後、150℃で2時間真空乾燥して、正極を作製した。
【0015】
〔正極の作製2:LiMn2O4〕
LiOHとMnO2 を、各元素のモル比がLi:Mn(=1:2)になるように乳鉢にて混合した後、酸素雰囲気下で750℃で20時間熱処理後、粉砕し、リチウム含有マンガン酸化物LiMn2O4 を得た。
【0016】
この正極主材料としてのリチウム含有マンガン酸化物LiMn2O4 粉末90重量部と、人造黒鉛粉末5重量部と、ポリフッ化ビニリデン5重量部のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液とを混合して、スラリーを調製した。このスラリーをアルミニウム箔の両面にドクターブレード法により塗布して活物質層を形成した。その後、150℃で2時間真空乾燥して、正極を作製した。
【0017】
〔負極の作製〕
天然黒鉛粉末が95重量部、ポリフッ化ビニリデン粉末が5重量部となるように混合し、これをNMP溶液と混合してスラリーを調製し、このスラリーを厚さ20μmの銅製の集電体の片面にドクターブレード法により塗布して活物質層を形成した後、150℃で乾燥して負極を作製した。
【0018】
〔電解液の作製〕
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの等体積混合溶媒に、LiPF6 を1.0mol/リットルとなるように溶かして非水電解液を調製した。
【0019】
〔電池の作製〕
以上のようにして得られた正極、負極及び電解液を用いて、図2に示すような薄型の非水電解質電池(リチウム二次電池、電池寸法:厚み3mm、幅30mm、長さ50mm)を作製した。図2に示すように、正極12と負極13の間に、セパレーター14を挟み、これを扁平渦巻状に巻回して電極群を作製し、これを一方端が開口した袋状収納体15内に収納し、非水電解液を注入した後、袋状収納体15の開口部を熱溶着することにより密閉して、非水電解質電池10を作製した。正極12には、正極集電タブ11aが接続されており、負極13には、負極集電タブ11bが接続されている。セパレーター14としては、ポリプロピレン製微多孔膜を用いた。
【0020】
なお、図2においては、袋状収納体15の一方面のみを図示し、他方面を図示省略しているが、袋状収納体15は袋状に形成されているものである。また、袋状収納体15は、アルミニウム箔の両面にポリエチレンをラミネートしたフィルムから形成されている。
【0021】
〔充放電サイクル寿命特性の測定〕
図1に示す締付冶具を用いて、非水電解質電池の電池ケースに外部から圧力を加えてその内部の正極及び負極に圧力を加えた状態で充放電サイクル試験を行った。図1(a)は側面図であり、図1(b)は平面図である。図1に示すように、締付冶具は、平板状冶具1及び2と固定冶具3とから構成される。平板状冶具1及び2としては、鉄製の平板(寸法:厚み5mm、幅50mm、長さ80mm)を用いた。固定冶具3としては、ボルト(ネジ部の直径5mm)を用いた。
【0022】
平板状冶具1及び2には、それぞれボルト3のネジ部を通すための穴が6箇所設けてあり、平板状冶具2の穴には、ボルト3のネジ部と嵌まり合うネジ穴が形成されている。従って、このボルト3を回すことにより、平板状冶具2を平板状冶具1側に近づけることができ、平板状冶具1と平板状冶具2の間に電池10を挿入することにより、電池10に対し締付圧力を加えることができる。電池10との短絡を防止するため、平板状冶具1及び2の表面には絶縁物による皮膜処理が施されている。
【0023】
上記の締付冶具の組立の手順としては、まず電池10を、平板状冶具1及び2の間に挟み込む。このとき、電池10の電極群の扁平方向に延びる電極面に対し垂直方向に締付圧力が加えられるように平板状冶具1及び2の間に配置する。次に、電池10に対する締付圧力が所定の値となるように、固定冶具3を回して電池10を締付ける。締付圧力の調整は、固定冶具3を締付ける際のトルクを、それぞれ10、20、30及び40kgf・cmと変化させることにより行った。なお、締付圧力(締付トルク)が0kgf・cmのものとしては、締付冶具を取り付けていない電池を用いた。
【0024】
上記のように締付圧力を加えた各電池について、充放電サイクル試験を行った。このときの実験条件は、各電池をそれぞれ25℃において、電流値200mAで4.2Vまで定電流充電した後、電流値200mAで2.75Vまで定電流放電を行い、初期放電容量を求めた。
【0025】
次に、200mAで4.2Vまで定電流充電した後、200mAで2.75Vまで定電流放電する工程を1サイクルとする充放電サイクル試験を繰り返して行い、200サイクル後の放電容量から、容量残存率を算出した。結果を図3に示す。
【0026】
図3に示す結果から明らかなように、正極活物質としてリチウム含有マンガン酸化物(LiMn2O4)を用いた薄型電池は、電池の締付圧力にかかわらず、優れた充放電サイクル特性を示した。一方、正極活物質としてリチウム含有コバルト酸化物(LiCoO2)を用いた薄型電池は、締付圧力の増加に伴い、充放電サイクル特性の低下が認められた。
【0027】
これは、リチウム含有マンガン酸化物(LiMn2O4)の充放電に伴う膨張が小さく、電極に加えられた締付圧力による負荷を受けにくいため、繰り返し充放電サイクル試験を行っても、正極活物質の劣化が起こらないためと考えられる。一方、リチウム含有コバルト酸化物(LiCoO2)は、充放電に伴う膨張が大きいため、電極に締付圧力を加えた場合、大きな圧力負荷を受ける。このように大きな圧力負荷を受けた状態で、繰り返し充放電サイクル試験を行うことにより、活物質の劣化、ひいてはサイクル寿命特性の低下を招いたものと考えられる。
【0028】
以上のように、電池に圧力を加えた状態で充放電サイクル試験を行うことにより、様々な材料を用いた電池について、正極及び負極にかかる圧力とサイクル寿命特性との関係を簡単かつ確実に評価することができる。
【0029】
上記の実施例では、二次電池として非水電解質二次電池についてサイクル寿命特性を評価しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、アルカリ蓄電池などその他の二次電池に対しても適用することが可能なものである。
【0030】
【発明の効果】
本発明によれば、正極及び負極にかかる圧力とサイクル寿命特性との関係を簡単かつ確実に評価することができる。従って、電極活物質の充放電に伴う膨張収縮による活物質の劣化について簡単かつ確実に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に従う実施例において用いた締付冶具を示す側面図(a)及び平面図(b)。
【図2】 本発明に従う実施例において評価対象として用いた非水電解質二次電池の構造を示す分解斜視図。
【図3】 本発明に従う実施例において評価した非水電解質二次電池の締付圧力と容量維持率との関係を示す図。
【符号の説明】
1,2・・・平板状冶具
3・・・固定冶具
10・・・非水電解質二次電池
11a,11b・・・電極集電タブ
12・・・正極
13・・・負極
14・・・セパレーター
15・・・電池ケース(袋状収納体)
Claims (5)
- 正極と負極とからなる少なくとも1つの電極群が、これら両電極を隔離するセパレータと、電解質と共に金属箔を合成樹脂でラミネートしたフィルム材から形成されている電池ケースに収納された二次電池のサイクル寿命特性を評価する方法において、
前記電池ケースに外部から圧力を加えてその内部の正極及び負極に圧力を加えた状態で充放電サイクル試験を行うことにより、サイクル寿命特性を評価することを特徴とする二次電池のサイクル寿命特性評価方法。 - 前記電池ケースに締付圧力を加えるための締付冶具を取り付け、前記電池ケースの少なくとも一部に締付圧力を加えることにより、前記外部からの圧力を加えることを特徴とする請求項1に記載の二次電池のサイクル寿命特性評価方法。
- 前記電極群が特定の面方向に延びる電極面を有しており、前記締付圧力が該電極面に対し垂直方向に加えられることを特徴とする請求項2に記載の二次電池のサイクル寿命特性評価方法。
- 前記締付冶具が、前記電池ケースを両側から挟むための平板状冶具と、前記平板状冶具で前記電池ケースを挟んだ状態で前記平板状冶具を固定するための固定冶具とから構成されていることを特徴とする請求項2または3記載の二次電池のサイクル寿命特性評価方法。
- 二次電池が非水電解質二次電池であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の二次電池のサイクル寿命特性評価方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP37426299A JP4067258B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 二次電池のサイクル寿命特性評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP37426299A JP4067258B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 二次電池のサイクル寿命特性評価方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001185234A JP2001185234A (ja) | 2001-07-06 |
JP4067258B2 true JP4067258B2 (ja) | 2008-03-26 |
Family
ID=18503544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP37426299A Expired - Fee Related JP4067258B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 二次電池のサイクル寿命特性評価方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4067258B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103134956B (zh) * | 2011-12-05 | 2016-03-02 | 天津市捷威动力工业有限公司 | 一种用于测试软包电池电性能的夹具 |
JP5818030B2 (ja) * | 2013-01-10 | 2015-11-18 | 横河電機株式会社 | 電池の応答特性の測定方法 |
CN107607750A (zh) * | 2017-10-09 | 2018-01-19 | 力信(江苏)能源科技有限责任公司 | 一种锂离子电池测试用夹持工装 |
CN107748338A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-03-02 | 力信(江苏)能源科技有限责任公司 | 一种锂离子电池循环寿命的检测装置及评估方法 |
CN112557931B (zh) * | 2019-09-10 | 2024-04-09 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 金属锂电池健康程度的检测装置及方法 |
-
1999
- 1999-12-28 JP JP37426299A patent/JP4067258B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001185234A (ja) | 2001-07-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10707530B2 (en) | Carbonate-based electrolyte system improving or supporting efficiency of electrochemical cells having lithium-containing anodes | |
JP3396696B2 (ja) | 二次電池 | |
US8980482B2 (en) | Nonaqueous electrolyte lithium ion secondary battery | |
JP3063320B2 (ja) | 非水電解液二次電池 | |
JP2002237292A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
JP3030996B2 (ja) | 非水電解液二次電池 | |
JP2705529B2 (ja) | 有機電解液二次電池 | |
JPH1173943A (ja) | 非水系電解液二次電池 | |
JP3368029B2 (ja) | 二次電池 | |
JP4067258B2 (ja) | 二次電池のサイクル寿命特性評価方法 | |
JP2004259485A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
JP2003243038A (ja) | 正極板およびこれを用いたリチウム二次電池 | |
JPH07288124A (ja) | 非水電解液二次電池 | |
JP2000315504A (ja) | 非水電解液二次電池 | |
JP3030995B2 (ja) | 非水電解液二次電池 | |
JP2000323173A (ja) | 非水電解液二次電池 | |
Ohzuku et al. | Lead-free accumulators for renewable and clean energy technologies | |
JPH01128371A (ja) | 非水電解液二次電池 | |
JP2002110155A (ja) | 非水電解液二次電池 | |
JP2000306607A (ja) | 非水電解質電池 | |
CN114267837B (zh) | 非水电解液二次电池 | |
JPH0434855A (ja) | 渦巻式非水電解液電池 | |
JP2001325949A (ja) | リチウムイオン電池 | |
JP7330177B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用電極 | |
JP2003203636A (ja) | 非水電解液二次電池正極用導電剤及びこれを用いた正極板と非水電解液二次電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040412 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20061013 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071023 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071108 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071211 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080108 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110118 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110118 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110118 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120118 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130118 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |