JP6457272B2 - 二次電池の充電ムラ低減方法及び二次電池の製造方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、ガス排出時に電極体の積層方向に圧力を加えて、所定の電池電圧に達するまで充分に放電することにより、充電ムラを低減する方法が提案されている。
(2)前記二次電池を封止した状態で前記初回の充電を開始して、所定容量まで充電することにより発生したガスを前記二次電池内に溜めた後、前記排気工程において前記封止を一時的に解除して前記ガスを排気する、前記(1)に記載の二次電池の充電ムラ低減方法。
(3)定格容量の50〜90%まで充電した後に電池内に発生したガスを排気する、前記(1)又は(2)に記載の二次電池の充電ムラ低減方法。
(4)前記初回の充電開始後の充電曲線(横軸:電池電圧V、縦軸:蓄電量変化量/電池電圧変化量dQ/dV)において、dQ/dVが1000以上になった後も充電を継続し、dQ/dVが最大値を示した後でdQ/dVが2000以下になる前又は2000になった直後に、電池内に発生したガスを排気する、前記(1)〜(3)の何れか一項に記載の二次電池の充電ムラ低減方法。
(5)前記初回の充電開始後に、電池電圧が3.5V以上になった後も充電を継続し、その後電池電圧が4.0Vに達する前又は4.0Vに達した直後に、電池内に発生したガスを排気する、前記(1)〜(4)の何れか一項に記載の二次電池の充電ムラ低減方法。
(6)前記排気工程の後に充電を再開し、満充電に至った後で放電する放電工程を有する、前記(1)〜(5)の何れか一項に記載の二次電池の充電ムラ低減方法。
(7)前記(1)〜(6)の何れか一項に記載の充電ムラ低減方法を行う工程を有する、二次電池の製造方法。
本発明の二次電池の製造方法によれば、二次電池が本来的に有する性能を充分に発揮させることができる。
本発明は、リチウムイオン二次電池に限らず公知の種々の二次電池において実施可能である。以下では本発明の実施形態の一例として、リチウムイオン二次電池について説明する。
本発明の第一実施形態は、正極及び負極と、リチウムイオン及び有機溶媒を含有する電解質と、を備えた二次電池の充電ムラを低減する方法である。
前記正極、負極及び電解質の種類は特に限定されず、公知のリチウムイオン二次電池に使用される部材が使用される。すなわち、公知のリチウムイオン二次電池の製造時に本実施形態の充電ムラ低減方法を適用することができる。
前記正極の構成としては、例えば、正極活物質、バインダー及び導電助剤を含む公知の正極材組成物を任意形状のアルミ製集電体上に塗布してなる構成が挙げられる。
前記負極の構成としては、例えば、負極活物質、バインダー及び導電助剤を含む公知の負極材組成物を任意形状の銅製集電体上に塗布してなる構成が挙げられる。
本実施形態の充電ムラ低減方法においては、まず、上記のように電極積層体を外装体に収納し、更に電解質を注入した後、各電極に接続された端子用タブを外部に出した状態で外装体を封止してリチウムイオン二次電池の組み立てを行う。次に、初回の充電を開始した後、満充電状態に至る前に電池内に発生したガスを排気する。
初回充電において充電率90%以下に充電した後で排気工程に移ることにより、電池内におけるガスの発生は概ね終息しており、充電ムラを充分に低減することができる。一方、充電率が90%超の状態においても初回充電を継続すると、充電ムラを引き起こす場合がある。
初回充電後に放電して充放電サイクルを完了することにより、二次電池のサイクル特性を向上させることができる。放電後、更に数回の充放電サイクルを繰り返してもよい。この繰り返しにより電極表面が安定化して、電池のサイクル特性が更に向上する場合がある。2回目以降の充放電サイクルにおいて、もしもガスが発生する場合には、本実施形態の充電ムラ低減方法を再び行うことができる。
本発明の第二実施形態は、前述した第一実施形態の充電ムラ低減方法を行う工程を有する二次電池の製造方法である。第二実施形態は、その他の工程、例えば、正極及び負極の作製工程、電解質の調製工程、二次電池の組み立て工程等を有していてもよい。その他の工程における具体的な作製方法等は公知方法が適用可能である。
<電解液>
シュウ酸リチウム−三フッ化ホウ素錯体(LOX−BF3)溶液 (リチウム塩濃度1mol/kg、ジメチルカーボネート:エチレンカーボネート(2:1、体積比)混合溶媒)を混合及び攪拌することにより電解液を得た。
<セパレータ>
不織布(PP製、空孔率76%、厚み30μm 廣瀬製紙(株)製HOP6) を225×285mmにカットして用いた。
<正極>
LiCoO2(コバルト酸リチウム)93質量部と、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)3質量部と、導電助剤であるカーボンブラック4質量部とを混合して正極合剤を調製したのち、溶剤であるN−メチルピロリドン(NMP)に分散させて正極合剤スラリーを作製した。この正極合剤スラリーを15μmのアルミニウム箔の両面に、活物質層のない部分を15mm幅残して塗工し、更に減圧乾燥(100℃、−0.1MPa、10時間)してロールプレスすることによって、正極を得た。
<負極>
グラファイト95質量部と、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)5質量部とを混合し負極合剤を調製したのち、溶剤であるN−メチルピロリドン(NMP)に分散させて負極合剤スラリーを作製した。15μmの銅箔の両面に、活物質層のない部分を15mm幅残して塗工し、減圧乾燥(100℃、−0.1MPa、10時間)してロールプレスすることによって、負極を得た。
上記の正極及び負極を次のようにカットした。活物質層のない部分(15mm幅)を含んで、負極は235×280mm(活物質層のある部分は220×280mm)、正極は235×280mm(活物質層のある部分は220×280mm)の大きさに成形した。
負極2枚と正極1枚、セパレータ2枚を交互に積層した。具体的には、負極の上に負極活物質層を覆うようにセパレータを被せた。セパレータを間に挟んで、負極の活物質層のない部分と反対側に正極の活物質層のない部分とが対向するようにして、正極と負極が直接触れないように、正極を被せた。さらに、正極の上に正極活物質層を覆うようにセパレータを被せた。さらに、セパレータを間に挟んで、正極の活物質層のない部分と反対側に負極の活物質層のない部分とが対向するようにして、正極と負極が直接触れないように、負極を被せた。
上記積層体の正極、負極それぞれの活物質層のない部分に端子用タブを超音波溶接などによって電気的に接続した。
端子用タブが外部に突出するように、アルミラミネートフィルム(300×350mm)で上記積層体を挟み、三辺をラミネート加工によって封止した。電極端から2mm程度の部分で封止した。
封止せずに残した一辺から電解液を注入し、真空封止することによって、初期充電を行う前のリチウムイオン二次電池を得た。この際、電極端から2cmの余白を残して封止した。
上記のように組み立てたリチウムイオン二次電池について、従来方法の通り、満充電に至るまで一定電流(200mA)で初回充電を行った。この際のOCVカーブを図2に示す。図2のOCVカーブにおいては、充電開始直後の電池電圧は約2.5Vであり、充電初期(〜180mAh、SOC約14%)において約3.6Vまで電池電圧が急速に上昇し、その後、満充電状態(約1300mAh、充電率約100%)の約4.2Vまで電池電圧が緩やかに上昇した。
前述した方法で新たなリチウムイオン二次電池を組み立て、同様に初回充電を開始し、予備試験で得られた図1に示すdQ/dVカーブの最大ピークが観測された電池電圧約3.8V、充電率約54%に達した直後に充電を停止し、次のガス排出工程に移った。
具体的には、組み立て時に封止したラミネートフィルムからなる外装体の余白部分に針を刺して開孔を形成し、減圧雰囲気下において外装体を加圧して、電池内に発生したガスを排出した。その後、開口部を熱融着することにより再封止して、電池電圧が4.2Vになる満充電に至るまで充電した。再封止した後に行った充電期間における新たなガスの発生量は少なかった。
前述した方法で新たなリチウムイオン二次電池を組み立て、同様に初回充電を開始し、予備試験で得られた図1に示すdQ/dVカーブの大きなピークが観測される前の電池電圧約3.5V、充電率約15%に達したときに充電を停止し、次のガス排出工程に移った。ガス排出の方法は実施例1と同様に行った。その後、開口部を熱融着することにより再封止して、電池電圧が4.2Vになる満充電に至るまで充電した。再封止した後に行った充電期間における新たなガスの発生量は多かった。
Claims (8)
- 正極及び負極と、有機溶媒を含有する電解質と、を備えた二次電池の充電ムラを低減する方法であって、
前記二次電池の組み立て後に行う初回の充電開始後、満充電に至る前に電池内に発生したガスを排出する排気工程を有し、
前記排気工程は、前記初回の充電開始後の充電曲線(横軸:電池電圧V、縦軸:蓄電量変化量/電池電圧変化量dQ/dV)において、dQ/dVが1000以上になった後も充電を継続し、dQ/dVが最大値を示した後でdQ/dVが2000以下になる前又は2000になった直後に、電池内に発生したガスを排気する、二次電池の充電ムラ低減方法。 - 前記二次電池を封止した状態で前記初回の充電を開始して、所定容量まで充電することにより発生したガスを前記二次電池内に溜めた後、前記排気工程において前記封止を一時的に解除して前記ガスを排気する、請求項1に記載の二次電池の充電ムラ低減方法。
- 定格容量の50〜90%まで充電した後に電池内に発生したガスを排気する、請求項1又は2に記載の二次電池の充電ムラ低減方法。
- 前記初回の充電開始後に、電池電圧が3.5V以上になった後も充電を継続し、その後電池電圧が4.0Vに達する前又は4.0Vに達した直後に、電池内に発生したガスを排気する、請求項1〜3の何れか一項に記載の二次電池の充電ムラ低減方法。
- 前記排気工程の後に充電を再開し、満充電に至った後で放電する放電工程を有する、請求項1〜4の何れか一項に記載の二次電池の充電ムラ低減方法。
- 前記正極にコバルト酸リチウムが含まれる、請求項1〜5の何れか一項に記載の二次電池の充電ムラ低減方法。
- 前記正極の活物質がコバルト酸リチウムのみからなる、請求項1〜6の何れか一項に記載の二次電池の充電ムラ低減方法。
- 請求項1〜7の何れか一項に記載の充電ムラ低減方法を行う工程を有する、二次電池の製造方法。
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