JP5472760B2 - リチウムイオン二次電池の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)A[mN/秒]の速度で所定の荷重F1[mN]まで荷重を加える過程と、A[mN/秒]の速度で所定の荷重F2[mN]まで荷重を取り除く過程とを含む高速負荷−除荷サイクルをn回(ただしn≧3、例えばnは3〜10回、好ましくは3回。)繰り返すこと;および、
(2)B[mN/秒](ただし、B≦0.2A)の速度で所定の荷重F1[mN]まで荷重を加える過程と、B[mN/秒]の速度で所定の荷重F2[mN]まで荷重を取り除く過程とを含む低速負荷−除荷サイクルをn回(ただしn≧3、例えばnは3〜10回、好ましくは3回。)繰り返すこと;
の各条件下における試験において、試験開始前(即ち、シート状の電極体構成部材に荷重を加える前)におけるシートの厚みを100%とし、シートの厚みを縦軸、負荷‐除荷回数を横軸として、荷重F1における1〜nサイクル目のシートの厚みの推移および荷重F2における1〜nサイクル目のシートの厚みの推移をそれぞれ外挿してそれらの交点に相当するシートの厚みおよび負荷‐除荷回数を求めて、試験開始前のシートの厚み(即ち0サイクル目のシートの厚み)と上記交点とを結ぶ直線の傾きを求めて、前記(1)の条件に基づいて求めた傾きをaとし、前記(2)の条件に基づいて求めた傾きをbとした場合に、0.8<a/b<1.5を満たすように選択される。
また、本明細書において「高速負荷−除荷サイクル」とは、電池の通常使用時におけるリチウムイオン二次電池のハイレート(例えば、5C〜50C、好ましくは10C〜30C)充放電時における電極体構成部材にかかる荷重の変化を模擬したサイクルをいう。
さらにまた、本明細書において「低速負荷−除荷サイクル」とは、電池の通常使用時におけるリチウムイオン二次電池のローレート(例えば、1C〜5C、好ましくは2C〜3C)充放電時における電極体構成部材にかかる荷重の変化を模擬したサイクルをいう。
a/bが上記範囲にある電極体構成部材は、ローレート充放電時の荷重変化に対する挙動(応答)と、ハイレート充放電時の荷重変化に対する挙動との差が小さい。すなわち、上記条件を満たす電極体構成部材は、ハイレート充放電を含む種々の充放電レートにおいて安定した性能(例えば耐荷重性)を示す。かかる部材を用いて構成された電極体を備える電池によると、ハイレート充放電の繰り返しを含む態様での使用に対しても、電池の容量劣化を効果的に抑制することができる。したがって、上記の条件を満たす電極体構成部材を用いることにより、よりサイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池を作製することが可能となる。
(1)A[mN/秒]の速度で所定の荷重F1[mN]まで荷重を加える過程と、A[mN/秒]の速度で所定の荷重F2[mN]まで荷重を取り除く過程とを含む高速負荷−除荷サイクルをn回(ただしn≧3)繰り返すこと;および、
(2)B[mN/秒](ただし、B≦0.2A)の速度で所定の荷重F1[mN]まで荷重を加える過程と、B[mN/秒]の速度で所定の荷重F2[mN]まで荷重を取り除く過程とを含む低速負荷−除荷サイクルをn回(ただしn≧3)繰り返すこと;
の各条件下における試験において、
試験開始前におけるシートの厚みを100%とし、シートの厚みを縦軸、負荷‐除荷回数を横軸として、荷重F1における1〜nサイクル目のシートの厚みの推移および荷重F2における1〜nサイクル目のシートの厚みの推移をそれぞれ外挿してそれらの交点に相当するシートの厚みおよび負荷‐除荷回数を求めて、試験開始前のシートの厚みと上記交点とを結ぶ直線の傾きを求めて、前記(1)の条件に基づいて求めた傾きをaとし、前記(2)の条件に基づいて求めた傾きをbとした場合に、0.8<a/b<1.5を満たしている。これにより、ハイレート充放電を含む種々の充放電レートにおいて安定した性能(例えば耐荷重性)を示し、ハイレート充放電の繰り返しを含む態様での使用に対しても、電池の容量劣化を効果的に抑制することができる。この結果、よりサイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することができる。
(1)A[mN/秒]の速度で所定の荷重F1[mN]まで荷重を加える過程と、A[mN/秒]の速度で所定の荷重F2[mN]まで荷重を取り除く過程とを含む高速負荷−除荷サイクルをn回(ただしn≧3)繰り返すこと;および、
(2)B[mN/秒](ただし、B≦0.2A)の速度で所定の荷重F1[mN]まで荷重を加える過程と、B[mN/秒]の速度で所定の荷重F2[mN]まで荷重を取り除く過程とを含む低速負荷−除荷サイクルをn回(ただしn≧3)繰り返すこと;
の各条件下における試験において、
試験開始前におけるシートの厚みを100%とし、シートの厚みを縦軸、負荷‐除荷回数を横軸として、荷重F1における1〜nサイクル目のシートの厚みの推移および荷重F2における1〜nサイクル目のシートの厚みの推移をそれぞれ外挿してそれらの交点に相当するシートの厚みおよび負荷‐除荷回数を求める工程と、試験開始前のシートの厚みと上記交点とを結ぶ直線の傾きを求める工程と、
前記(1)の条件に基づいて求めた傾きをaとし、前記(2)の条件に基づいて求めた傾きをbとした場合に、0.8<a/b<1.5を満たす場合には良品と判断し、満たさない場合には不良品と判断する工程とを包含する。
本発明によって提供される評価方法によると、ハイレート充放電の繰り返しを含む態様での使用に対しても電池性能に優れるリチウムイオン二次電池の構築に適した電極体構成部材を選択することができる。
また、ここで開示される技術の好ましい適用対象として、角型形状(典型的には扁平な直方体形状)の電池ケースに電極体が収容された形態のリチウムイオン二次電池が挙げられる。
また、さらに好ましい形態として、複数個の上記角型形状のリチウムイオン二次電池を、それらの扁平面を対向させて配列し、その配列方向に拘束してなる組電池の構成要素(単電池)たるリチウムイオン二次電池が挙げられる。
まず、ここに開示される技術の適用対象たるリチウムイオン二次電池の通常の使用において想定されるSOCの範囲(例えば、凡そ20%〜90%の範囲、凡そ20%〜80%の範囲、凡そ30%〜80%の範囲、等であり得る。)において、ハイレート条件下(例えば、10C〜30C。)で電極体(即ち、電極体構成部材である正極シート、負極シートおよびセパレータシート)に加わる圧力値P[MPa]を測定する。具体的には、例えば、組電池(典型的には、複数のリチウムイオン二次電池(単電池)が所定方向に配列されて所定の拘束力が加わるように拘束されている。)が構築された状態を想定して、単電池に拘束力を加えた状態(単電池を外から締め付けた状態)で単電池の電極体に市販の圧力センサを挟み込んで測定する。
このときの圧力変化(凡そ0.5MPa〜12MPa、例えば1MPa〜10MPa。)から電極体構成部材に加える荷重(試験力)F[mN]を求める。荷重Fは、電極体構成部材と該電極体構成部材に荷重を加える圧子とが接触する部分の面積S[mm2]とから、F=P/Sによって求まる。
ここで、電極体構成部材に加わる圧力は、典型的には、通常の使用において想定されるSOCの上限において最も大きく、SOCの下限において最も小さい。従って、通常は、上記SOCの上限および下限における圧力値をP1およびP2として採用することができる。さらに、電極体構成部材に加わる最大の圧力値P1に対応する荷重を荷重F1とし、電極体に加わる最小の圧力値P2に対応する荷重を荷重F2とすると、電極体構成部材に加える荷重(試験力)FはF2≦F≦F1の範囲内であることが好ましい。
このとき、電極体構成部材に対して上記試験を行う前におけるその電極体構成部材の厚み(シートの厚み)を100(%)とし、シートの厚み(%)を縦軸、負荷‐除荷回数を横軸とする(奇数回目は負荷を表し、偶数回目は除荷を表しており、1回の負荷と1回の除荷を1サイクルとする。)。なお、上記荷重F1まで荷重を加えたときの電極体構成部材の厚み(圧縮率)は、上記試験開始前の電極体構成部材の厚みに対する百分率で表す。同様に、上記荷重F2まで荷重を取り除いたときの電極体構成部材の厚み(回復率)は、上記試験開始前の電極体構成部材の厚みに対する百分率で表す。
そして、図5に示すように、荷重F1における1〜nサイクル目のシートの厚み(圧縮率)の推移および荷重F2における1〜nサイクル目のシートの厚み(回復率)の推移をそれぞれ外挿して(このとき圧縮率と回復率はそれぞれ負荷‐除荷回数(サイクル数)と比例関係にあると仮定する)、それらの交点(収束点)におけるシートの厚み(%)と負荷‐除荷回数とを求め、上記交点(収束点)と試験開始前のシートの厚みを表す点(即ち、0サイクル目(負荷‐除荷回数が0回)でシートの厚みが100%を示す点)とを結ぶ直線の傾きaを求める。同様に、上記遅いサイクルの負荷速度B[mN/秒]の条件下の試験で求めた直線の傾きをbとする。このようにしてa,bを求めることができる。
ここで、上記所定の数値範囲を0.8<a/b<1.5とすることが好ましい。この場合、0.8<a/b<1.5を満たす場合には良品と判断して、a/b≦0.8またはa/b≧1.5を満たす場合には不良品と判断する。上記a/bが1.5よりも大きすぎると、速いサイクルのシートの厚みの変化の推移と遅いサイクルのシートの厚みの変化の推移との差が大きく、ローレート充放電のみならずハイレート充放電を伴うような使用態様ではシート(典型的には電極体)に変形が生じてしまい電池性能が低下する虞がある。上記所定の数値範囲を0.8<a/b<1.2とすることがより好ましい。
なお、傾きの比a/bを所定の数値範囲(例えば即ち、0.8<a/b<1.5の範囲)に調整する方法としては、以下の方法等が挙げられ得る。例えば、電極体構成部材がセパレータシート(典型的には、多孔質の樹脂シートが用いられる。)の場合には、セパレータシートの材質の変更、セパレータの厚み(膜厚)の変更、セパレータシートの気孔率の変更、セパレータシートの透気度の変更等の方法が挙げられる。
また、電極体構成部材が正極シートの場合には、正極活物質の性状(例えば、粒径や形状等)の変更、正極活物質の組成(例えば、結着材の種類や使用量等)の変更、正極シート作製時のプレスの程度を変更して正極活物質層の密度を変更する方法等の方法が挙げられ得る。ここで、「正極活物質」とは、二次電池において電荷担体となる化学種(ここではリチウムイオン)を可逆的に吸蔵および放出(典型的には挿入および離脱)可能な正極側の活物質をいう。
さらに、電極体構成部材が負極シートの場合には、負極活物質の性状(例えば、粒径や形状等)の変更、負極シート作製時のプレスの程度を変更して負極活物質層の密度を変更する方法等の方法が挙げられ得る。ここで、「負極活物質」とは、二次電池において電荷担体となる化学種(ここではリチウムイオン)を可逆的に吸蔵および放出(典型的には挿入および離脱)可能な負極側の活物質をいう。
なお、上記試験はダイナミック超微小硬度計(DUH−W201;株式会社島津製作所製)等の適当な装置を使用することにより実施することができる。
ここで開示される正極活物質は、例えば、タップ密度が凡そ1.2〜1.7g/cm3(g/cc)の範囲にあるものが好ましい。なお、タップ密度の値としては、JIS Z2512に準拠して測定される値を採用することができる。
ここで開示される負極活物質は、例えば、タップ密度が凡そ0.7〜1.0g/cm3(g/cc)の範囲にあるものが好ましい。なお、タップ密度の値としては、JIS Z2512に準拠して測定される値を採用することができる。
なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略することがある。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は、必ずしも実際の寸法関係を反映するものではない。
図1および図2に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10は、上記の電極体構成部材の評価方法(評価試験)において良品と判断された正極、負極およびセパレータの少なくとも一つを具備する捲回電極体50(以下「電極体50」と略称する場合がある。)と、該電極体50および適当な非水電解液を収容する角型形状(典型的には扁平な直方体形状)の電池ケース15とを備える。
正極シート66は、長尺状の正極集電体(例えば長尺状のアルミニウム箔)62の上に正極活物質層64を形成することによって作製される。即ち、正極活物質(例えばLiCoO2)、導電材(例えばグラファイト)および有機溶媒に対して可溶性である結着材(例えばPVDF)を有機溶媒(例えばNMP)に分散させてなる正極活物質層形成用ペーストを調製する。調製した該ペーストを正極集電体62に塗布し、乾燥させた後、圧縮(プレス)することによって正極活物質層64が形成される。
ここで、正極集電体62に上記ペーストを塗付する方法としては、従来公知の方法と同様の技法を適宜採用することができる。例えば、スリットコーター、ダイコーター、グラビアコーター、コンマコーター等の適当な塗付装置を使用することにより、正極集電体62に該ペーストを好適に塗付することができる。また、圧縮方法としては、従来公知のロールプレス法、平板プレス法等の圧縮方法を採用することができる。かかる厚さを調整するにあたり、膜厚測定器で該厚みを測定し、プレス圧を調整して所望の厚さになるまで複数回圧縮してもよい。
なお、ここで開示されるリチウムイオン二次電池の製造方法は、電極体構成部材(即ち、正極シート、負極シートおよびセパレータシート)のうち少なくとも一つとして、上記a/bを満たす部材を事前に(例えば、予備実験を行うことにより)選定しておき、その選定した部材(特定の条件で製造された部材、所定の品番の市販材料等であり得る。)を用いて実施することができる。すなわち、本発明の実施にあたって、その都度上記部材が実際にa/bを満たすことの確認を必要とするものではない。
そして、隣接する単電池10間において、一方の正極端子60と他方の負極端子70とが、接続部材(バスバー)140によって電気的に接続されている。このように各単電池10を直列に接続することにより、所望する電圧の組電池100が構築されている。
<セパレータシートA>
透気度300秒/100cc、厚さ20μmのポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレン三層多孔質シートを使用した。
<セパレータシートB>
透気度400秒/100cc、厚さ20μmのポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレン三層多孔質シートを使用した。
正極活物質としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2と、導電材としてのアセチレンブラックと結着材としてのPVDFとの質量比が85:10:5となるように秤量し、これら材料を溶媒NMPに分散させて正極活物質層形成用ペーストを調製した。このとき、タップ密度が1.4g/ccであるLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2粉末を使用した。該ペーストを厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に、それら両面の合計塗布量が13.8mg/cm2(固形分基準)となるように塗布して乾燥した後、プレスして正極シートAを作製した。
<正極シートB>
正極活物質としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2と、導電材としてのアセチレンブラックと結着材としてのPVDFとの質量比が85:10:5となるように秤量し、これら材料を溶媒NMPに分散させて正極活物質層形成用ペーストを調製した。このとき、タップ密度が1.8g/ccであるLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2粉末を使用した。該ペーストを用いた他は正極シートAと同様にして正極シートBを作製した。
負極活物質としての黒鉛と結着材としてのSBRとの質量比が95:5となるように秤量し、これら材料を溶媒イオン交換水に分散させて負極活物質層形成用ペーストを調製した。タップ密度が0.8g/ccである黒鉛粉末を使用した。該ペーストを厚さ10μmの銅箔の両面に、それら両面の合計塗布量が5mg/cm2(固形分基準)となるように塗布して乾燥した後、プレスして負極シートAを作製した。
<負極シートB>
負極活物質としての黒鉛と結着材としてのSBRとの質量比が95:5となるように秤量し、これら材料を溶媒イオン交換水に分散させて負極活物質層形成用ペーストを調製した。タップ密度が1.1g/ccである黒鉛粉末を使用した。該ペーストを用いた他は負極シートAと同様にして負極シートBを作製した。
上記各電極体構成部材につき、以下の試験を行った。
上記各シートを試料とし、ダイナミック超微小硬度計(DUH−W201;株式会社島津製作所製)を用いて、負荷−除荷繰り返し試験(MODE3)によって充放電時にシートに加わる荷重に対する各シートの耐久性を評価した。試験条件を以下に示す。
<試験条件>
試験荷重 :23.5mN(2.4gf)〜235mN(24gf)
負荷速度 :速いサイクル;23.5mN/秒、保持時間10秒
:遅いサイクル;2.35mN/秒、保持時間0秒
サイクル数:3回
圧子 :円錐台圧子(120°)、直径500μm
試験温度 :(25℃)
なお、試験荷重は、リチウムイオン二次電池の通常の使用において想定されるSOC範囲(ここでは、20%〜80%)における圧力値を測定し、それに応じて次式(試験荷重=圧力/0.0509)により求めた。
まず、図4のように最大荷重235mNまでの負荷を上記速いサイクルの負荷速度で、先端が円錐台状の円錐台圧子で各シートに与え、235mNに到達後、10秒間荷重を保持し、そのときのシートの厚み(圧縮率)を求めた。そして、上記速いサイクルの負荷速度で最小荷重23.5mNまで荷重を取り除き、23.5mNに到達後、10秒間荷重を保持し、そのときのシートの厚み(回復率)を求めるというサイクルを3回繰り返した。同様に、図4のように最大荷重235mNまでの負荷を上記遅いサイクルの負荷速度で、先端が円錐台状の円錐台圧子で各シートに与え、235mNに到達後、そのときのシートの厚み(圧縮率)を求めた。そして、上記速いサイクルの負荷速度で最小荷重23.5mNまで荷重を取り除き、23.5mNに到達後、そのときのシートの厚み(回復率)を求めるというサイクルを3回繰り返した。
そして、各シートの各サイクルにおける圧縮率と回復率の推移をそれぞれ外挿して、それらの交点(収束点)におけるシートの厚みと負荷‐除荷回数を求め、上記交点(収束点)と試験開始前のシートの厚みを表す点(負荷‐除荷回数が0回でシートの厚みが100%を表す点)とを結ぶ直線の傾きを求めた。そして、速いサイクルの傾きと遅いサイクルの傾きから傾きの比Xを求めた。ここで、X=(速いサイクルの傾き)/(遅いサイクルの傾き)。その結果を表1に示すと共に図6から図11に示す。
<例7>
セパレータシートAを用いて、18650型のリチウムイオン二次電池を以下のとおり作製した。
正極活物質としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2と、アセチレンブラックと、PVDFとの質量比が85:10:5となるように秤量し、これら材料をNMPに分散させて正極活物質層形成用ペーストを調製した。該ペーストを厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に、それら両面の合計塗布量が10mg/cm2(固形分基準)となるように塗布して乾燥した後、プレスして正極シート(以下、「正極シートC」ともいう。)を作製した。
負極活物質としての天然黒鉛と、CMCと、SBRとの質量比が99:0.5:0.5となるように秤量し、これら材料をイオン交換水に分散させて負極活物質層形成用ペーストを調製した。該ペーストを厚さ10μmの銅箔の両面に、それら両面の合計塗布量が5mg/cm2(固形分基準)となるように塗布して乾燥した後、プレスして負極シート(以下、「負極シートC」ともいう。)を作製した。
非水電解液には、ECとDMCとEMCとの体積比3:5:2の混合溶媒に1mol/LのLiPF6を溶解させたものを用いた。
得られた正極シートと負極シートとを、二枚のセパレータシートAと共に重ね合わせて捲回し、得られた捲回電極体を扁平形状に押しつぶし、上記電解液とともに円筒型の容器に収容して例7に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<例8>
セパレータシートAに代えてセパレータシートBを用いた他は例7と同様にして、例8に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
本例では、例7に係る正極シートCに代えて、正極シートAを用いた。また、セパレータシートとしては、厚さ20μm、透気度290秒/100ccのPE単層フィルム(以下、「セパレータシートC」ともいう。)を用いた。その他の点については例7と同様にして、例9に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<例10>
正極シートAに代えて正極シートBを用いた他は例9と同様にして、例10に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
本例では、例7における負極シートCに代えて、負極シートAを用いた。また、セパレータシートとしては、セパレータシートCを用いた。その他の点については例7と同様にして、例11に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<例12>
負極シートAに代えて負極シートBを用いた他は例11と同様にして、例12に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
例7〜例12の各電池につき、以下の試験を行った。
上記各電池を、10Cの定電流で3.25Vまで充電し、続いて定電圧で充電することにより(CC−CV充電)、SOC60%の充電状態に調整した。そして、このように調整された電池の内部抵抗(初期内部抵抗)を測定した。具体的には、25℃の温度下、各電池を10Cの定電流で10秒間放電し、放電前の開回路電圧と放電10秒後の電圧を測定し、両者の差である電圧降下を求め、これを放電電流で除して初期内部抵抗を求めた。
内部抵抗測定後SOC60%の状態に調整した各電池に対し、25℃の温度下において充放電を4000サイクル繰り返した後、各リチウムイオン二次電池の抵抗増加率を測定した。すなわち、25℃の温度下、20Cのレートで10秒間放電を行った後5秒間休止し、その後2Cのレートで100秒間充電を行った後145秒間休止する操作を1サイクルとし、これを4000サイクル行った。
そして、4000サイクル後の各電池を10Cの定電流で10秒間放電し、放電前の開回路電圧と放電10秒後の電圧を測定し、両者の差である電圧降下を求め、これを放電電流で除して内部抵抗(サイクル試験後内部抵抗)を求めた。次式{(サイクル試験後内部抵抗)−(初期内部抵抗)}/(初期内部抵抗)×100;により、4000サイクル後の抵抗増加率(%)を求めた。得られた結果を表2に示す。
また、内部抵抗測定後SOC60%の状態に調整した各電池に対し、−15℃の温度下において充放電を4000サイクル繰り返した後、各リチウムイオン二次電池の抵抗増加率を測定した。すなわち、1サイクルとして、−15℃の温度下、20Cのレートで10秒間放電を行った後5秒間休止し、その後2Cのレートで100秒間充電を行った後145秒間休止する操作を1サイクルとし、これを4000サイクル行った。4000サイクル後の抵抗増加率(%)は上記と同様にして求めた。得られた結果を表2に示す。
<例13>
セパレータシートAと正極シートAと負極シートAとを含む捲回電極体を用いた他は例7と同様にして、例13に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<例14>
セパレータシートBと正極シートBと負極シートBを用いた他は例13と同様にして、例14に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<例15>
負極シートAに代えて負極シートBを用いた他は例13と同様にして、例15に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<例16>
正極シートAに代えて正極シートBを用いた他は例13と同様にして、例16に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<例17>
セパレータシートAに代えてセパレータシートBを用いた他は例13と同様にして、例17に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<例18>
セパレータシートAに代えてセパレータシートBを用いた。また、負極シートAに代えて負極シートBを用いた。その他の点については例13と同様にして、例18に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<例19>
正極シートAに代えて正極シートBを用いた。また、負極シートAに代えて負極シートBを用いた。その他の点については例13と同様にして、例19に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<例20>
セパレータシートAに代えてセパレータシートBを用いた。また、正極シートAに代えて正極シートBを用いた。その他の点については例13と同様にして、例20に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
例13〜例20の各電池につき、上記例7〜例12の各電池に対して行った充放電サイクル試験と同一の条件下(測定温度25℃)で充放電サイクル試験を行った。そして、各電池について、初期内部抵抗に対する4000サイクル後の内部抵抗の比である抵抗比を求めた。得られた結果を表3に示すと共に図12および図13に示す。
15 電池ケース
20 開口部
25 蓋体
30 ケース本体
40 安全弁
50 電極体
60 正極端子
62 正極集電体
64 正極活物質層
66 正極シート
70 負極端子
72 負極集電体
74 負極活物質層
76 負極シート
80 セパレータシート
100 組電池
110 冷却板
120 エンドプレート
130 拘束バンド
140 接続部材(バスバー)
150 スペーサ部材
155 ビス
200 車両
Claims (12)
- 正負の電極シートがセパレータシートを介して重ね合わされた形態の電極体を備えたリチウムイオン二次電池を製造する方法であって、
正極シート、負極シートおよびセパレータシートを選択すること、
前記選択した正極シート、負極シートおよびセパレータシートを重ね合わせて電極体を構築すること、および、
前記電極体を電解液とともに電池ケースに収容すること、
を包含し、
ここで、前記正極シート、負極シートおよびセパレータシートのうち少なくとも一つは、以下の(1)および(2):
(1)A[mN/秒]の速度で所定の荷重F1[mN]まで荷重を加える過程と、A[mN/秒]の速度で所定の荷重F2[mN]まで荷重を取り除く過程とを含む高速負荷−除荷サイクルをn回(ただしn≧3)繰り返すこと;および、
(2)B[mN/秒](ただし、B≦0.2A)の速度で所定の荷重F1[mN]まで荷重を加える過程と、B[mN/秒]の速度で所定の荷重F2[mN]まで荷重を取り除く過程とを含む低速負荷−除荷サイクルをn回(ただしn≧3)繰り返すこと;の各条件下における試験において、
試験開始前におけるシートの厚みを100%とし、シートの厚みを縦軸、負荷‐除荷回数を横軸として、荷重F1における1〜nサイクル目のシートの厚みの推移および荷重F2における1〜nサイクル目のシートの厚みの推移をそれぞれ外挿してそれらの交点に相当するシートの厚みおよび負荷‐除荷回数を求めて、試験開始前のシートの厚みと上記交点とを結ぶ直線の傾きを求めて、
前記(1)の条件に基づいて求めた傾きをaとし、前記(2)の条件に基づいて求めた傾きをbとした場合に、0.8<a/b<1.5を満たすように選択される、リチウムイオン二次電池の製造方法。 - 前記荷重F1および前記荷重F2は、それぞれ、電池の通常の使用において想定されるSOCの範囲において、前記シートにかかる荷重の上限および下限であることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 前記荷重F1は、前記電池のSOCが80%のときに前記シートにかかる荷重であり、前記荷重F2は、前記電池のSOCが30%のときに前記シートにかかる荷重であることを特徴とする請求項1または2に記載の製造方法。
- 前記(1)の条件は、23.5[mN/秒]の速度で上限荷重235[mN]に達するまで荷重を加え、該上限荷重を10秒間保持した後、23.5[mN/秒]の速度で下限荷重23.5[mN]に達するまで荷重を取り除き、該下限荷重を10秒間保持する条件であり、
前記(2)の条件は、2.35[mN/秒]の速度で上限荷重235[mN]に達するまで荷重を加えた後、続いて2.35[mN/秒]の速度で下限荷重23.5[mN]に達するまで荷重を取り除く条件であることを特徴とする請求項1または2に記載の製造方法。 - 前記正極シート、負極シートおよびセパレータシートのすべては、0.8<a/b<1.5を満たすように選択されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の製造方法。
- 正負の電極シートがセパレータシートを介して重ね合わされた形態の電極体を備えたリチウムイオン二次電池であって、
前記正極シート、負極シートおよびセパレータシートのうち少なくとも一つとして、以下の(1)および(2):
(1)A[mN/秒]の速度で所定の荷重F1[mN]まで荷重を加える過程と、A[mN/秒]の速度で所定の荷重F2[mN]まで荷重を取り除く過程とを含む高速負荷−除荷サイクルをn回(ただしn≧3)繰り返すこと;および、
(2)B[mN/秒](ただし、B≦0.2A)の速度で所定の荷重F1[mN]まで荷重を加える過程と、B[mN/秒]の速度で所定の荷重F2[mN]まで荷重を取り除く過程とを含む低速負荷−除荷サイクルをn回(ただしn≧3)繰り返すこと;
の各条件下における試験において、
試験開始前におけるシートの厚みを100%とし、シートの厚みを縦軸、負荷‐除荷回数を横軸として、荷重F1における1〜nサイクル目のシートの厚みの推移および荷重F2における1〜nサイクル目のシートの厚みの推移をそれぞれ外挿してそれらの交点に相当するシートの厚みおよび負荷‐除荷回数を求めて、試験開始前のシートの厚みと上記交点とを結ぶ直線の傾きを求めて、
前記(1)の条件に基づいて求めた傾きをaとし、前記(2)の条件に基づいて求めた傾きをbとした場合に、0.8<a/b<1.5を満たしたものを選定して使用していることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 前記荷重F1および前記荷重F2は、それぞれ、電池の通常の使用において想定されるSOCの範囲において、前記シートにかかる荷重の上限および下限であることを特徴とする請求項6に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記荷重F1は、前記電池のSOCが80%のときに前記シートにかかる荷重であり、前記荷重F2は、前記電池のSOCが30%のときに前記シートにかかる荷重であることを特徴とする請求項6または7に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記(1)の条件は、23.5[mN/秒]の速度で上限荷重235[mN]に達するまで荷重を加え、該上限荷重を10秒間保持した後、23.5[mN/秒]の速度で下限荷重23.5[mN]に達するまで荷重を取り除き、該下限荷重を10秒間保持する条件であり、
前記(2)の条件は、2.35[mN/秒]の速度で上限荷重235[mN]に達するまで荷重を加えた後、続いて2.35[mN/秒]の速度で下限荷重23.5[mN]に達するまで荷重を取り除く条件であることを特徴とする請求項6または7に記載のリチウムイオン二次電池。 - 前記正極シート、負極シートおよびセパレータシートのすべては、0.8<a/b<1.5を満たすことを特徴とする請求項6から9のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
- 請求項1から5のいずれかに記載の製造方法により得られたリチウムイオン二次電池または請求項6から10のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池を備える車両。
- 正負の電極シートがセパレータシートを介して重ね合わされた形態の電極体を備えたリチウムイオン二次電池に用いられる正極シート、負極シートおよびセパレータシートのうち少なくとも一つの部材につき該部材の充放電に対する耐久性を評価する方法であって、
以下の(1)および(2):
(1)A[mN/秒]の速度で所定の荷重F1[mN]まで荷重を加える過程と、A[mN/秒]の速度で所定の荷重F2[mN]まで荷重を取り除く過程とを含む高速負荷−除荷サイクルをn回(ただしn≧3)繰り返すこと;および、
(2)B[mN/秒](ただし、B≦0.2A)の速度で所定の荷重F1[mN]まで荷重を加える過程と、B[mN/秒]の速度で所定の荷重F2[mN]まで荷重を取り除く過程とを含む低速負荷−除荷サイクルをn回(ただしn≧3)繰り返すこと;の各条件下における試験において、
試験開始前におけるシートの厚みを100%とし、シートの厚みを縦軸、負荷‐除荷回数を横軸として、荷重F1における1〜nサイクル目のシートの厚みの推移および荷重F2における1〜nサイクル目のシートの厚みの推移をそれぞれ外挿してそれらの交点に相当するシートの厚みおよび負荷‐除荷回数を求める工程と、試験開始前のシートの厚みと上記交点とを結ぶ直線の傾きを求める工程と、
前記(1)の条件に基づいて求めた傾きをaとし、前記(2)の条件に基づいて求めた傾きをbとした場合に、0.8<a/b<1.5を満たす場合には良品と判断し、満たさない場合には不良品と判断する工程と、
を包含することを特徴とする評価方法。
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