CN102668223B - 锂离子二次电池的制造方法 - Google Patents
锂离子二次电池的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102668223B CN102668223B CN200980163130.4A CN200980163130A CN102668223B CN 102668223 B CN102668223 B CN 102668223B CN 200980163130 A CN200980163130 A CN 200980163130A CN 102668223 B CN102668223 B CN 102668223B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- load
- speed
- thickness
- sheet
- rechargeable battery
- 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.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 68
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 30
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 32
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 10
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title abstract description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 51
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 102
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 98
- 230000004087 circulation Effects 0.000 claims description 87
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 64
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 15
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 9
- 230000002950 deficient Effects 0.000 claims description 4
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 abstract description 7
- 238000010030 laminating Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 46
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 37
- 230000008859 change Effects 0.000 description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 description 29
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 26
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 14
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 13
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 13
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 12
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 12
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 11
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 11
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 10
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 10
- -1 LiCoSiO 4 Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910013716 LiNi Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 8
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 8
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 8
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 8
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 8
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 7
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 7
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 7
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 5
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910013872 LiPF Inorganic materials 0.000 description 4
- 101150058243 Lipf gene Chemical class 0.000 description 4
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 4
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 150000002641 lithium Chemical class 0.000 description 4
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 4
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 239000005030 aluminium foil Substances 0.000 description 3
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 3
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 3
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 3
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000001866 hydroxypropyl methyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 229920003088 hydroxypropyl methyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 235000010979 hydroxypropyl methyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- UFVKGYZPFZQRLF-UHFFFAOYSA-N hydroxypropyl methyl cellulose Chemical compound OC1C(O)C(OC)OC(CO)C1OC1C(O)C(O)C(OC2C(C(O)C(OC3C(C(O)C(O)C(CO)O3)O)C(CO)O2)O)C(CO)O1 UFVKGYZPFZQRLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011837 pasties Nutrition 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910008416 Li-Ti Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015015 LiAsF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013733 LiCo Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910011281 LiCoPO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910011993 LiFe0.5Co0.5PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910011992 LiFe0.5Co0.5SiO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010710 LiFePO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015645 LiMn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013290 LiNiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013086 LiNiPO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013109 LiNiSiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006861 Li—Ti Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017709 Ni Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003267 Ni-Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003262 Ni‐Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KLARSDUHONHPRF-UHFFFAOYSA-N [Li].[Mn] Chemical compound [Li].[Mn] KLARSDUHONHPRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KFDQGLPGKXUTMZ-UHFFFAOYSA-N [Mn].[Co].[Ni] Chemical compound [Mn].[Co].[Ni] KFDQGLPGKXUTMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N butadiene-styrene rubber Chemical compound C=CC=C.C=CC1=CC=CC=C1 MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 1
- 229950010118 cellacefate Drugs 0.000 description 1
- 229920003174 cellulose-based polymer Polymers 0.000 description 1
- CKFRRHLHAJZIIN-UHFFFAOYSA-N cobalt lithium Chemical compound [Li].[Co] CKFRRHLHAJZIIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MZZUATUOLXMCEY-UHFFFAOYSA-N cobalt manganese Chemical compound [Mn].[Co] MZZUATUOLXMCEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 239000005001 laminate film Substances 0.000 description 1
- RSNHXDVSISOZOB-UHFFFAOYSA-N lithium nickel Chemical compound [Li].[Ni] RSNHXDVSISOZOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- ZAUUZASCMSWKGX-UHFFFAOYSA-N manganese nickel Chemical compound [Mn].[Ni] ZAUUZASCMSWKGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000005033 polyvinylidene chloride Substances 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/411—Organic material
- H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
- H01M50/417—Polyolefins
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
- H01M50/457—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0566—Liquid materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
- H01M50/491—Porosity
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
-
- 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
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- 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
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49002—Electrical device making
- Y10T29/49004—Electrical device making including measuring or testing of device or component part
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明提供对反复高速率充放电的使用也显示出良好的循环特性的锂离子二次电池的制造方法。该方法包含以下步骤:选择正极片、负极片和隔片,和将所述选择出的各片重合而构建电极体,以及将所述电极体和电解液一起装入电池壳体中。其中,所述各片中的至少一者,在(1)高速加载负荷-卸载负荷循环和(2)低速加载负荷-卸载负荷循环的各条件的试验中,在将基于所述(1)的条件求出的直线的斜率设作a、将基于所述(2)的条件求出的直线的斜率设作b时,以满足0.8<a/b<1.5的方式进行选择。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子二次电池的制造方法。
背景技术
通过锂离子在正极和负极之间穿梭来进行充电和放电的锂离子二次电池,由于重量轻,且可以得到高能量密度,所以作为适合用作个人电脑和便携终端的电源、特别是车辆搭载用电源的电源重要性不断提高。
通常,锂离子二次电池有通过反复进行充放电而电池性能降低的倾向,所以希望相对于充放电的反复进行、电池性能的降低进一步减小的、循环特性优异的电池。作为涉及锂离子二次电池的技术文献,可以列举出专利文献1~4。例如专利文献1中记载了,通过规定与隔板的变位相关的特性来提高循环特性的技术。专利文献2中记载了,通过使隔板的弹性系数为规定值以下,抑制由隔板的膨胀产生的电极组装体的变形,从而抑制电池性能降低的技术。专利文献3中记载了,通过规定隔板的厚度变化率来提高循环特性的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利申请公开第2004-039492号公报
专利文献2:日本专利申请公开第2004-214190号公报
专利文献3:日本专利申请公开第2009-009947号公报
专利文献4:日本专利申请公开第2002-134091号公报
发明内容
发明要解决的课题
但作为车辆搭载用电源的锂离子二次电池被想成要以以下形态使用:不仅伴随低速率而且还伴随高速率(例如5C以上高输出)的使用(充放电)形态。在这样的高速率充放电时,由于相对锂离子二次电池的正极和负极,反复急速进行锂离子的可逆性吸藏和释放(典型的是插入和脱离),所以正极和负极本身反复发生急剧的体积变化(膨胀和收缩),正极和负极本身反复进行加载负荷和卸载负荷。此时、正极和负极之间所夹着的隔板由于正极和负极的体积变化而受到压迫,隔板本身也反复发生急剧的体积变化。在正极、负极和隔板这些各电极体构成部件对高速率充放电时的各自的急剧体积变化不具有充分的耐负荷性(对负荷的耐久性)时,各电极体构成部件会发生变形。结果、有可能出现以下现象:电解液局部不足(所谓的液枯现象(liquid shortage phenomenon)),正极和负极中的锂离子和电子的反应不均匀,使电池性能降低。因此,各电极体构成部件需要能够耐受反复高速率充放电的能力。但上述各专利文献中记载的技术是想在手机电话等中使用的,对车辆搭载用电源那样的以反复高速率充放电的形态使用的电池难以适用。
因而,本发明为了解决上述现有课题而完成,其目的在于,提供考虑到各电极体构成部件(正极和负极和隔板)对高速率充放电的反复使用的耐久性的锂离子二次电池的制造方法。
为了实现上述目的,本发明提供了制造具有正负电极片夹着隔片而重合的形态的电极体的锂离子二次电池的方法。本文公开的制造方法包含以下步骤:选择正极片、负极片和隔片(下文中有时将它们统称为“电极体构成部件”);使所述选择出的正极片、负极片和隔片重合,构建电极体;以及,将所述电极体和电解液一起装入电池壳体。其中,所述正极片、负极片和隔片中的至少一者以下述方式进行选择:
在以下(1)和(2)的各条件下的试验中,
(1)将包含以A[mN/秒]的速度施加负荷直至规定负荷F1[mN]的过程和以A[mN/秒]的速度卸除负荷直至规定负荷F2[mN]的过程的高速加载负荷-卸载负荷循环反复进行n次(其中,n≥3,例如n为3~10次,优选为3次),以及,
(2)将以B[mN/秒](其中,B≤0.2A)的速度施加负荷直至规定负荷F1[mN]的过程和以B[mN/秒]的速度卸除负荷直至规定负荷F2[mN]的过程的低速加载负荷-卸载负荷循环反复进行n次(其中,n≥3,例如n为3~10次,优选为3次),
将试验开始前(即,对片状的电极体构成部件施加负荷前)的片的厚度设为100%,以片的厚度作为竖轴,以加载负荷-卸载负荷的次数作为横轴,将负荷F1下的第1次循环到第n次循环的片的厚度变化和负荷F2下的第1次循环到第n次循环的片的厚度变化分别进行外推,求出它们的交点所对应的片的厚度和加载负荷-卸载负荷的次数,求出将试验开始前的片的厚度(即,第0次循环时片的厚度)和上述交点连接起来的直线的斜率,在将基于所述(1)的条件求出的斜率设作a,将基于所述(2)的条件求出的斜率设作b时,满足0.8<a/b<1.5。
需说明的是,本说明书中“锂离子二次电池”是指作为电解质离子利用锂离子,通过锂离子在正负极间的移动来实现充放电的二次电池。
此外,本说明书中“高速加载负荷-卸载负荷循环”是指,模拟电池的通常使用中锂离子二次电池的高速率(例如5C~50C、优选为10C~30C)充放电时的电极体构成部件所受到的负荷的变化的循环。
此外,本说明书中“低速加载负荷-卸载负荷循环”是指,模拟电池的通常使用中锂离子二次电池的低速率(例如1C~5C、优选为2C~3C)充放电时的电极体构成部件所受到的负荷的变化的循环。
本发明提供的锂离子二次电池的制造方法中,将正极片、负极片和隔片中的至少一者选择成根据高速加载负荷-卸载负荷循环和低速加载负荷-卸载负荷循环求出的各直线的斜率a和斜率b的比a/b满足0.8<a/b<1.5。
a/b为上述范围的电极体构成部件,其相对低速率充放电时的负荷变化的变动(反应)与相对高速率充放电时的负荷变化的变动的差别小。即、满足上述条件的电极体构成部件,在包含高速率充放电的各种充放电速率下显示出稳定的性能(例如耐负荷性)。具有使用该部件构成的电极体的电池,即使以包含反复高速率充放电的形态使用,也可以有效抑制电池的容量劣化。因此、通过使用满足上述条件的电极体构成部件,可以制作循环特性更优异的锂离子二次电池。
本文公开的方法的一优选方式中,所述负荷F1和所述负荷F2分别是在该锂离子二次电池的通常使用时在所预想的SOC(充电状态)的范围所述片承受的负荷上限和下限。由于该方式预想了在电池的通常使用时的SOC的范围(例如约20%~90%)的各电极体构成部件所承受的负荷(压力),所以在电池的通常使用时电极体构成部件中的至少一者具有充分的耐负荷性,通过使用该电极体构成部件,可以制造循环特性优异的锂离子二次电池。作为所述负荷F1,可以采用例如SOC为80%时所述片承受的负荷。作为所述负荷F2,可以采用SOC为30%时所述片承受的负荷。
在本文公开的方法的另一优选方式中、所述(1)的条件是以下条件:以23.5[mN/秒]的速度施加负荷直至达到上限负荷235[mN],在将该上限负荷保持10秒钟后,以23.5[mN/秒]的速度卸除负荷直至达到下限负荷23.5[mN],将该下限负荷保持10秒钟。所述(2)的条件可以是以下条件:在以2.35[mN/秒]的速度施加负荷直至达到上限负荷235[mN]后,接着以2.35[mN/秒]的速度卸除负荷直至达到下限负荷23.5[mN]。
此外,本文公开的方法的一优选方式中,将所述正极片、负极片和隔片的任一者都选择成满足0.8<a/b<1.5。通过这样选择使电极体构成部件全都满足0.8<a/b<1.5,可以制作相对于包含反复高速率充放电的使用形态、电池性能的降低更充分被抑制了的、循环特性优异的锂离子二次电池。
此外,本发明,作为另一侧面,提供了具备正负电极片夹着隔片而重合的电极体的锂离子二次电池。在本发明提供的锂离子二次电池中,所述正极片、负极片和隔片中的至少一者满足下述条件:
在以下(1)和(2)的各条件下的试验中,
(1)将包含以A[mN/秒]的速度施加负荷直至规定负荷F1[mN]的过程和以A[mN/秒]的速度卸除负荷直至规定负荷F2[mN]的过程的高速加载负荷-卸载负荷循环反复进行n次(其中,n≥3),以及,
(2)将以B[mN/秒](其中,B≤0.2A)的速度施加负荷直至规定负荷F1[mN]的过程和以B[mN/秒]的速度卸除负荷直至规定负荷F2[mN]的过程的低速加载负荷-卸载负荷循环反复进行n次(其中,n≥3),
将试验开始前的片的厚度设为100%,以片的厚度作为竖轴,以加载负荷-卸载负荷的次数作为横轴,将负荷F1下的第1次循环到第n次循环的片的厚度变化和负荷F2下的第1次循环到第n次循环的片的厚度变化分别进行外推,求出它们的交点所对应的片的厚度和加载负荷-卸载负荷的次数,求出将试验开始前的片的厚度和上述交点连接起来的直线的斜率,在将基于所述(1)的条件求出的斜率设作a,将基于所述(2)的条件求出的斜率设作b时,满足0.8<a/b<1.5。。由此可以在包含高速率充放电的各种充放电速率下显示出稳定性能(例如耐负荷性),即使相对于包含反复高速率充放电的使用形态,也可以有效抑制电池的容量劣化。结果可以提供循环特性更优异的锂离子二次电池。
本文公开的锂离子二次电池的一优选方式中,所述负荷F1和所述负荷F2分别是该锂离子二次电池在通常使用时、在所预想的SOC的范围内所述片所承受的负荷上限和下限。该方式,由于预想是在电池的通常使用时的SOC的范围(例如约20%~90%)中各电极体构成部件所承受的负荷(压力),所以在电池的通常使用时电极体构成部件中的至少一者具有充分的耐负荷性,可以提供具有该电极体构成部件的循环特性优异的锂离子二次电池。作为所述负荷F1,可以采用例如SOC为80%时所述片承受的负荷。作为所述负荷F2,可以采用SOC为30%时所述片承受的负荷。
本文公开的锂离子二次电池的一优选方式中,所述(1)的条件可以是以下条件:以23.5[mN/秒]的速度施加负荷直至达到上限负荷235[mN],在将 该上限负荷保持10秒钟后,以23.5[mN/秒]的速度卸除负荷直至达到下限负荷23.5[mN],将该下限负荷保持10秒钟。所述(2)的条件可以是以下条件:在以2.35[mN/秒]的速度施加负荷直至达到上限负荷235[mN]后,接着以2.35[mN/秒]的速度卸除负荷直至达到下限负荷23.5[mN]。
本文公开的锂离子二次电池的一优选方式中,将所述正极片、负极片和隔片全部选择成满足0.8<a/b<1.5。由于这样使电极体构成部件全都满足0.8<a/b<1.5,所以可以提供相对于包含反复高速率充放电的使用形态,电池性能降低更充分被抑制的、循环特性优异的锂离子二次电池。
此外,本发明提供了具有通过本文公开的任一方法制造的锂离子二次电池或具备本文公开的任一锂离子二次电池的车辆。本发明提供的锂离子二次电池显示出适合作为搭载在车辆上的锂离子二次电池的特性(例如循环特性优异。)。因此该锂离子二次电池适合作为搭载在混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车之类的具有电动机的汽车等车辆上的马达(电动机)用电源使用。
此外,本发明,另一侧面,提供了一种耐久性的评价方法,针对锂离子二次电池中使用的正极片、负极片和隔片中的至少一个部件,评价该部件对充放电的耐久性,所述锂离子二次电池具备正负电极片夹着隔片而重合的形态的电极体,所述评价方法的特征在于,包含以下工序:
在以下(1)和(2)的各条件下的试验中,
(1)将包含以A[mN/秒]的速度施加负荷直至规定负荷F1[mN]的过程和以A[mN/秒]的速度卸除负荷直至规定负荷F2[mN]的过程的高速加载负荷-卸载负荷循环反复进行n次(其中,n≥3),以及,
(2)将以B[mN/秒](其中,B≤0.2A)的速度施加负荷直至规定负荷F1[mN]的过程和以B[mN/秒]的速度卸除负荷直至规定负荷F2[mN]的过程的低速加载负荷-卸载负荷循环反复进行n次(其中,n≥3),
将试验开始前的片的厚度设为100%,以片的厚度作为竖轴,以加载负荷-卸载负荷的次数作为横轴,将负荷F1下的第1次循环到第n次循环 的片的厚度变化和负荷F2下的第1次循环到第n次循环的片的厚度变化分别进行外推,求出它们的交点所对应的片的厚度和加载负荷-卸载负荷的次数的工序,
求出将试验开始前的片的厚度和上述交点连接起来的直线的斜率的工序,以及
在将基于所述(1)的条件求出的斜率设作a,将基于所述(2)的条件求出的斜率设作b时,将满足0.8<a/b<1.5的情况判断为优良品,将不满足该条件的情况判断为不良品的工序。
通过本发明提供的评价方法,可以选择适合构建包含反复高速率充放电的使用形态的、电池性能优异的锂离子二次电池的电极体构成部件。
作为本文公开的技术的优选适用对象,可以列举出:预想在包含以50A以上(例如50A~250A)、进而100A以上(例如100A~200A)的高速率放电的充放电循环中使用的锂离子二次电池;以及,理论容量为1Ah以上(进而为3Ah以上)的大容量型的,且预想在包含以5C以上(例如5C~50C)、进而20C以上(例如20C~40C)的高速率放电的充放电循环中使用的锂离子二次电池等。
此外,作为本文公开的技术的优选适用对象,可以列举出在方型形状(典型的是扁平长方体形状)的电池壳体中装入电极体的形态的锂离子二次电池。
此外,作为更优选形态,可以列举出作为将多个上述方型形状的锂离子二次电池以它们的扁平面对向的方式排列、并沿着其排列方向捆束起来的电池组的构成要素(单电池)的锂离子二次电池。
附图说明
图1是示意性示出一实施方式所涉及的锂离子二次电池的外观的立体图。
图2是沿着图1中的II-II线的纵向截面图。
图3是示意性示出一实施方式所涉及的电池组的立体图。
图4是显示实施例所涉及的快循环和慢循环时的负荷循环的图案的图。
图5是用于说明求出快循环和慢循环中的汇聚点和直线的斜率的方法的概念图。
图6是显示隔片A和隔片B各自的快循环和慢循环中的片的厚度变化的图。
图7是显示隔片A和隔片B的各自的汇聚点和直线的斜率的图。
图8是显示正极片A和正极片B的各自的快循环和慢循环中的片的厚度的变化的图。
图9是显示正极片A和正极片B各自的汇聚点和直线的斜率的图。
图10是显示负极片A和负极片B各自的快循环和慢循环中的片的厚度的变化的图。
图11是显示负极片A和负极片B各自的汇聚点和直线的斜率的图。
图12是显示例13~例20所涉及的锂离子二次电池的充放电循环试验中的电阻比的变化的图。
图13是显示例13~例20所涉及的锂离子二次电池的充放电循环试验(第4000次循环)的电阻比的图。
图14是示意性示出具有本发明所涉及的电池的车辆(汽车)的侧视图。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施方式予以说明。需说明的是,关于虽然是实施本发明所必需的事项、但在本说明书中没有特别提及的事项,可以理解成是本领域的技术人员可基于本领域的现有技术进行设计的事项。本发明可基于本说明书所公开的内容和本领域中的技术常识进行实施。
本文公开的锂离子二次电池的制造方法,正极片、负极片和隔片中的至少一个部件使用上述斜率a和斜率b的比(a/b)在规定范围的。
下面对用于求出上述斜率a、b而可以采用的步骤的一优选例予以说明。
首先,在作为本文公开的技术的适用对象的锂离子二次电池在通常使用时所预想的SOC的范围(可以为例如约20%~90%的范围、约20%~80%的范围、约30%~80%的范围等。),在高速率条件下(例如10C~30C。)测定电极体(即、作为电极体构成部件的正极片、负极片和隔片)所承受的压力值P[MPa]。具体地说,例如假想是构建成电池组(典型的是,多个锂离子二次电池(单电池)沿着规定方向排列,被捆束成承受规定捆束力。)的状态,以向单电池施加捆束力的状态(从外部将单电池捆紧的状态),夹入市售的压力传感器对单电池的电极体进行测定。
根据此时的压力变化(约0.5MPa~12MPa、例如1MPa~10MPa。)求出施加在电极体构成部件上的负荷(试验力)F[mN]。负荷F根据电极体构成部件与对该电极体构成部件施加负荷的压头接触的部分的面积S[mm2],代入F=P/S而求出。
其中,电极体构成部件所承受的压力,典型的是,在通常的使用时所预想的SOC上限时最大,在SOC的下限时最小。因此,通常可以采用上述SOC上限和下限时的压力值作为P1和P2。进而,在将电极体构成部件所承受的最大的压力值P1所对应的负荷设作负荷F1,将电极体所承受的最小的压力值P2所对应的负荷作为负荷F2时,电极体构成部件所受到的负荷(试验力)F优选在F2≤F≤F1的范围内。
此外,通过改变对电极体构成部件施加上述负荷(试验力)时和卸除上述负荷时的负荷加载速度,来模拟由于充放电速率的不同而产生的电极体构成部件所承受的负荷和被卸除的负荷的循环变化。例如如果是以高速率(即快循环)流通电流t秒钟(其中,t>0),则以达到上述最大负荷F1要历经t秒钟的方式设定负荷加载速度A[mN/秒]。并且,将以低速率(即慢循环)流通电流的时间设定成是以高速率流通电流的x倍(例如x≥5、优选为 x≥10)。即、如果以高速率流通电流t秒钟,则以达到上述最大负荷F1要历经(t×x)秒钟的方式设定负荷加载速度B[mN/秒](其中,B≤0.2A)。
并且,反复进行以下循环n次(其中,n≥3、例如n为3~10次、优选为3次。)(高速加载负荷-卸载负荷循环):以上述快循环的负荷加载速度A[mN/秒]对电极体构成部件施加负荷直至上述负荷F1[mN](根据需要也可以保持负荷F1),然后以上述负荷加载速度A[mN/秒]卸除负荷直至上述负荷F2[mN](根据需要也可以保持负荷F2)。其中,将对电极体构成部件进行1次加载负荷(施加负荷直至负荷F1的过程)和1次卸载负荷(卸除负荷直至负荷F2的过程)作为1个循环。同样反复进行以下循环n次(其中,n≥3、例如n为3~10次、优选为3次。)(低速加载负荷-卸载负荷循环):以上述慢循环的负荷加载速度B[mN/秒]对电极体构成部件施加负荷直至上述负荷F1[mN](根据需要也可以保持负荷F1),然后以上述负荷加载速度B[mN/秒]卸除负荷直至上述负荷F2[mN](根据需要也可以保持负荷F2)。
图4是显示在后述的实施例中对电池构成部件施加的负荷循环的图案。如图4所示,在模拟高速率的快循环中反复进行以下循环3次:以负荷加载速度A[mN/秒](这里是23.5[mN/秒])对电极体构成部件施加负荷直至负荷F1[mN](这里是235[mN]),保持10秒钟负荷F1,然后以上述负荷加载速度A卸除负荷直至负荷F2[mN](这里是23.5[mN]),保持10秒钟负荷F2。此外,在模拟低速率的慢循环中反复进行以下循环3次:以负荷加载速度B[mN/秒](这里是2.35[mN/秒])对电极体构成部件施加负荷直至负荷F1[mN](这里是235[mN]),然后以上述负荷加载速度B卸除负荷直至负荷F2[mN](这里是23.5[mN])。这样就可以模拟由于充放电速率不同(快循环(高速率)和慢循环(低速率))而产生的电极体构成部件所承受的负荷和被卸除的负荷的循环变化的图案的区别。
分别求出在上述条件下、即、以上述快循环的负荷加载速度A[mN/秒]对电极体构成部件施加负荷至上述负荷F1[mN]时的电极体构成部件的厚 度(压缩率)和然后以上述负荷加载速度A[mN/秒]卸除负荷至上述负荷F2[mN]时的电极体构成部件的厚度(恢复率),反复这些步骤n次进行试验。
此时、将对电极体构成部件进行上述试验前的该电极体构成部件的厚度(片的厚度)设作100(%),将片的厚度(%)作为竖轴,将加载负荷-卸载负荷次数作为横轴(第奇数次表示加载负荷,第偶数次表示卸载负荷,将1次加载负荷和1次卸载负荷作为1个循环。)。需说明的是,施加负荷至上述负荷F1时的电极体构成部件的厚度(压缩率),以相对于上述试验开始前的电极体构成部件的厚度的百分率表示。同样,卸除负荷至上述负荷F2时的电极体构成部件的厚度(恢复率),以相对于上述试验开始前的电极体构成部件的厚度的百分率表示。
如图5所示,将负荷F1下的第1次循环到第n次循环的片的厚度(压缩率)的变化和负荷F2下的第1次循环到第n次循环的片的厚度(恢复率)的变化分别进行外推(此时假定压缩率和恢复率分别与加载负荷-卸载负荷次数(循环数)成正比例关系),求出它们的交点(汇聚点)处的片的厚度(%)和加载负荷-卸载负荷次数,求出将上述交点(汇聚点)和表示试验开始前的片的厚度的点(即、第0次循环(加载负荷-卸载负荷次数为0次)时片的厚度显示100%的点)连接起来的直线的斜率a。同样将在上述慢循环的负荷加载速度B[mN/秒]的条件下的试验中求出的直线的斜率设作b。这样就可以求出a、b。
本文公开的电极体构成部件对充放电的耐久性的评价方法是包含以下步骤的电极体构成部件的评价方法:求出在上述试验中求得的快循环的直线的斜率a和慢循环的直线的斜率b之间的斜率比a/b,将斜率比a/b满足规定数值范围的情况判断为优良品,将不满足上述规定数值范围的情况判断为不良品。
其中,上述规定数值范围优选为0.8<a/b<1.5。在这种情形,在满足0.8<a/b<1.5时判断为优良品,在满足a/b≤0.8或a/b≥1.5时判断为不良品。如果上述a/b远大于1.5,则快循环的片的厚度变化推移和慢循环的片 的厚度变化推移之间的差别大,在不仅以低速率充放电,而且伴随高速率充放电的使用形态中,有可能出现片(典型的是电极体)变形,电池性能降低。上述规定数值范围更优选在0.8<a/b<1.2。
需说明的是,作为将斜率比a/b调节到规定数值范围(例如即、0.8<a/b<1.5的范围)的方法,可以列举出以下的方法等。例如,在电极体构成部件为隔片(典型的是,使用多孔质的树脂片。)的情形,可以列举出隔片的材质的变更、隔板的厚度(膜厚度)的变更、隔片的气孔率的变更、隔片的透气度的变更等的方法。
此外,在电极体构成部件为正极片的情形,可以列举出,正极活性物质的性状(例如粒径、形状等)的变更、正极活性物质的组成(例如粘结剂的种类、使用量等)的变更、改变正极片制作时的挤压程度从而来改变正极活性物质层的密度的方法等方法。其中,“正极活性物质”是指在二次电池中能够可逆性吸藏和释放(典型的是插入和脱去)作为电荷载体的化学物质(这里是锂离子)的正极侧的活性物质。
进而,在电极体构成部件为负极片的情形,可以列举出,负极活性物质的性状(例如粒径、形状等)的变更、改变负极片制作时的挤压程度从而来改变负极活性物质层的密度的方法等方法。其中,“负极活性物质”是指在二次电池中能够可逆性吸藏和释放(典型的是插入和脱去)作为电荷载体的化学物质(这里是锂离子)的负极侧的活性物质。
需说明的是,上述试验可以通过使用动态超微小硬度计(DUH-W201;株式会社岛津制作所制)等适当装置来实施。
本文公开的锂离子二次电池所具有的电极体,只要作为电极体构成部件的正极片、负极片和隔片中的至少一个在电极体构成部件的评价方法中判断为优良品即可,可以具有以往同样的构成。
本文公开的正极片(正极)是具有正极集电体和在该集电体上形成的正极活性物质层的锂离子二次电池用正极。作为构成该正极的正极集电体,可以使用与在以往的锂离子二次电池的正极中使用的集电体同样材质的金 属制集电体。例如优选铝材或以铝作为主成分的合金材料作为这种电池的正极集电体的构成材料。正极集电体的形状优选为片状,此时其厚度优选设定在例如约10μm~30μm的范围内。
此外,作为本文公开的正极片的正极活性物质层中含有的正极活性物质,只要是可以实现本发明的目的的性状的正极活性物质即可,对其组成、形状没有特别限制。作为典型的正极活性物质,可以列举出含有锂和至少1种过渡金属元素的复合氧化物。例如钴锂复合氧化物(LiCoO2)、镍锂复合氧化物(LiNiO2)、锰锂复合氧化物(LiMn2O4)、或者,镍钴系的LiNixCo1-xO2(0<x<1)、钴锰系的LiCoxMn1-xO2(0<x<1)、镍锰系的LiNixMn1-xO2(0<x<1)、LiNixMn2-xO4(0<x<2)所示那样的含有两种过渡金属元素的所谓二元系含锂复合氧化物、或含有3种过渡金属元素的镍钴锰系那样的三元系含锂复合氧化物。
此外,作为上述正极活性物质,优选通式LiMAO4(这里,M是选自Fe、Co、Ni和Mn中的至少1种金属元素,A是选自P、Si、S和V中的元素。)所表示的聚阴离子型化合物。作为特别优选的聚阴离子型化合物,可以列举上述通式中A为P和/或Si的(例如LiFePO4、LiFeSiO4、LiCoPO4、LiCoSiO4、LiFe0.5Co0.5PO4、LiFe0.5Co0.5SiO4、LiMnPO4、LiMnSiO4、LiNiPO4、LiNiSiO4)。
本文公开的正极活性物质,例如优选振实密度在约1.2~1.7g/cm3(g/cc)的范围的。需说明的是,作为振实密度的值,可以采用依照JIS Z2512测定的值。
构成这种正极活性物质的化合物,例如可以通过以往公知的方法进行配制、提供。例如可以通过将按照原子组成适当选择出的几种原料化合物以规定摩尔比混合,将该混合物以适当手段在规定温度下烧成,由此配制该氧化物。此外,可以通过将烧成物用适当手段粉碎、制粒和分级,得到实质上由具有所希望的平均粒径和/或粒径分布的二次粒子构成的粒状的 正极活性物质粉末。需说明的是,正极活性物质(含锂的复合氧化物粉末等)的配制方法本身并不会给本发明带来任何特征。
此外,作为用于形成本文公开的正极片(正极)的正极活性物质层中含有的导电剂,可以使用以往在这种二次电池中使用的,并不限定特定的导电剂。例如可以使用碳粉末、碳纤维等的碳材料。作为碳粉末,可以使用各种碳黑(例如乙炔黑、炉碳黑、科琴碳黑)、石墨粉末等碳粉末。可以使用其中的一种或将两种以上并用。
进而,作为用于形成本文公开的正极片(正极)的正极活性物质层中含有的粘结剂(粘合剂),例如在作为形成上述正极活性物质层的组合物使用水系的液状组合物(典型的是配制成糊状或浆液状的组合物,下文中称作“正极活性物质层形成用糊”。)时,优选采用可以在水中溶解或分散的聚合物材料。作为可在水中溶解的(水溶性的)聚合物材料,可以列举出,羧甲基纤维素(CMC)、甲基纤维素(MC)、乙酸邻苯二甲酸纤维素(CAP)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)等的纤维素系聚合物;聚乙烯醇(PVA);等。此外,作为可在水中分散的(水分散性的)聚合物材料,可以列举出聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共重物(PFA)等的氟系树脂;乙酸乙烯酯共聚物;丁苯橡胶(SBR)等的橡胶类等。或者,在作为用于形成正极活性物质层的组合物使用溶剂系的液状组合物时,可以使用聚1,1-二氟乙烯(PVDF)、聚1,1-二氯乙烯(PVDC)等在有机溶剂(非水溶剂)中溶解的聚合物材料。需说明的是,上述例示的聚合物材料,除了可以作为粘结剂使用以外,还可以作为上述组合物的增稠剂或其它添加剂使用。
其中,“水系的液状组合物”是指,作为活性物质的分散介质使用水或以水作为主体的混合溶剂(水系溶剂)的组合物。作为构成该混合溶剂的水以外的溶剂,可以适当选择使用能够与水均匀混合的有机溶剂(低级醇、低级酮等)中的一种或两种以上。“溶剂系的液状组合物”是指,作为活性物质的分散介质主要为有机溶剂(非水系溶剂)的组合物。作为有机溶剂,可以使用例如N-甲基吡咯烷酮(NMP)等。
本文公开的正极片(正极),例如大致可以通过以下步骤妥当地制造。将上述正极活性物质、导电剂和相对有机溶剂为可溶性的粘结剂等分散在有机溶剂中,配制正极活性物质层形成用糊。将配制的该糊涂布到片状的正极集电体上,干燥后压缩,就可以制造出具有正极集电体和在该正极集电体上形成的正极活性物质层的正极片。
接下来,对本文公开的锂离子二次电池的负极片(负极)的各构成要素予以说明。本文公开的负极片是具有负极集电体和在该集电体上形成的负极活性物质层的锂离子二次电池用的负极片。作为构成该负极片的负极集电体,优选采用例如,铜材、镍材或以它们为主体的合金材。负极集电体的形状优选为片状。在使用铜制片时,其厚度优选设定在例如约6μm~30μm的范围内。
此外,作为用于形成本文公开的负极片(负极)的负极活性物质层中含有的负极活性物质,可以没有特殊限制地使用以往在锂离子二次电池中使用的一种或两种以上。可以列举出例如石墨等的碳材料、锂钛氧化物(Li4Ti5O12)等的氧化物材料、由锡、铝(Al)、锌(Zn)、硅(Si)等合金形成的合金材料等。作为典型例,可以列举出由石墨等形成的粉末状的碳材料。优选使用例如石墨粒子。
本文公开的负极活性物质,优选例如振实密度为约0.7~1.0g/cm3(g/cc)的范围的。需说明的是,作为振实密度的值,可以采用依照JIS Z2512测定的值。
在形成本文公开的负极片(负极)的负极活性物质层中,除了上述负极活性物质以外,还可以根据需要含有可以在上述正极活性物质层中配合的一种或两种以上的材料。作为这种材料,可以同样使用作为上述正极活性物质层的构成材料列举出的可以发挥粘结剂作用的各种材料。
本文公开的负极片(负极),可以通过与上述正极片(正极)同样的手法制造。将负极活性物质层和粘结剂等分散在适当的溶剂中,配制糊状或浆液状的组合物(下文中称作“负极活性物质层形成用糊”。)。将配制出的该糊 涂布到负极集电体上,干燥后压缩,就可以制作出具有负极集电体和在该负极集电体上形成的负极活性物质层的负极片。
此外,作为与正极片和负极片一起使用的隔片,可以使用与以往同样的隔片。优选使用例如树脂制的多孔性片(微多孔质树脂片)。作为该多孔性片的构成材料,优选聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯等的聚烯烃系树脂。尤其是,优选使用PE片、PP片、由PE层和PP层层叠而成的两层构造片、在两层PP层间夹着一层PE层的形式的三层构造片等的多孔质聚烯烃片。隔片的厚度,在考虑要在包含反复高速率充放电的形态下使用时,优选设定在例如约10μm~30μm的范围内,更优选设定在约15μm~25μm的范围内。此外,隔片的透气度优选设定为例如约200~500秒/100cc的范围内,更优选设定在约300~400秒/100cc的范围内。厚度和/或透气度处于上述范围的隔片(例如多孔质聚烯烃片)容易形成满足本文公开的优选a/b的隔片。需说明的是,作为上述透气度,采用依照JIS P8117测定的值。
作为电解液,可以使用将能够发挥电解质功能的锂盐溶解在非水溶剂(有机溶剂)中而成的非水电解液。上述电解质可以适当选择使用以往在锂离子二次电池中使用的锂盐。作为该锂盐,可以列举出LiPF6、LiClO4、LiAsF6、Li(CF3SO2)2N、LiBF4、LiCF3SO3等。该电解质,既可以单独使用仅一种,也可以将两种以上组合使用。作为特别优选例,可以列举出LiPF6。作为上述非水溶剂,可以列举出碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸亚丙酯(PC)等碳酸酯类。该非水溶剂,既可以单独使用仅一种,也可以将两种以上组合使用。
下文中针对作为构成电极体的正极片、负极片和隔片中的至少一个部件使用在上述电极体构成部件的评价方法(评价试验)中合格(即、判断为优良品)的部件的锂离子二次电池的制造方法,以将电极体和非水电解液装入电池壳体的结构的锂离子二次电池为例进行具体说明,但并不是想使本发明受该实施方式限定。即、只要采用本文公开的锂离子二次电池用的电极 体即可,对构建的锂离子二次电池的形状(外形、大小)没有特别限制。既可以是外包装由层合膜等构成的薄型片型,也可以是电池外装壳体为方型形状、圆筒形状等的形状或者是小型的纽扣形状。特别是,作为优选适用对象,可以列举出方型形状(典型的时扁平长方体形状)的电池壳体。
需说明的是,在以下附图中,对发挥相同作用的部件、部位标记相同标号,并有时省略重复的说明。此外,各图中的尺寸关系(长、宽、厚度等)并不一定反应实际的尺寸关系。
图1是示意性示出一实施方式所涉及的锂离子二次电池的立体图。图2是沿着图1中的II-II线的纵向截面图。
如图1和图2所示,本实施方式所涉及的锂离子二次电池10具有卷绕电极体50(下文中有时简称为“电极体50”。)和用于收纳该电极体50和适当的非水电解液的方型形状(典型的式扁平长方体形状)的电池壳体15,所述卷绕电极体50具备在上述电极体构成部件的评价方法(评价试验)中被判断为优良品的正极、负极和隔板中的至少一者。
壳体15具备上述扁平长方体形状中宽度较窄的面之一为开口部20的箱型的壳体主体30和安装在该开口部20(例如焊接)上的用于堵住该开口部20的盖体25。作为构成壳体15的材质,可以适当使用与在通常的锂离子二次电池中使用的同样的,没有特别限制。优选使用例如金属(例如铝、钢等)制的容器、合成树脂(例如聚烯烃系树脂等、聚酰胺系树脂等高熔点树脂等)制的容器等。本实施方式所涉及的壳体15为例如铝制。
盖体25形成适合壳体主体30的开口部20的形状的长方形形状。进而,盖体25上分别设置了外部连接用的正极端子60和负极端子70,这些端子60、70的一部分形成为从盖体25向壳体15的外方突出。此外,与以往的锂离子二次电池的壳体同样,盖体25上设置了安全阀40,其用于将电池异常时在壳体15内部产生的气体排到壳体15的外部。安全阀40只要具有以下机构就可以没有特殊限制地使用:在壳体15内部的压力上升、超过规定水平时,就打开阀,将气体排到壳体15的外部。
如图2所示,锂离子二次电池10与通常的锂离子二次电池同样具有卷绕电极体50。电极体50以卷轴卧倒的姿势(即、上述开口部20相对于卷轴位于横向的朝向)装在壳体主体30中。电极体50,通过将在长片状的正极集电体62的表面上形成正极活性物质层64的正极片(正极)66和在长片片状的负极集电体72的表面上形成负极活性物质层74的负极片(负极)76与两片长片状的隔片80一起重合卷绕,将得到的电极体50从侧面方向按压、压扁,从而形成扁平形状。
此外,在卷绕的正极片66上,在沿着其长手方向延伸的一端部上没有形成正极活性物质层64,正极集电体62露出,另一方面,在卷绕的负极片76上,在沿着其长度方向延伸的一端部上没有形成负极活性物质层74,负极集电体72露出。并且正极集电体62的上述露出的端部与正极端子60接合,与形成上述扁平形状的卷绕电极体50的正极片66电连接。同样,负极集电体72的上述露出的端部与负极端子70接合,与负极片76电连接。需说明的是,正负极端子60、70和正负极集电体62、72可以通过例如超声波焊接、电阻焊接等分别接合。
构成上述构造的卷绕电极体50的材料和部件本身,只要是采用了在上述电极体构成部件的评价方法(评价试验)中被判断为优良品的正极片、负极片和隔片中的至少一者,就可以与以往的锂离子二次电池的电极体同样,没有特别限制。
正极片66通过在长片状的正极集电体(例如长片状的铝箔)62上形成正极活性物质层64来制作。即、将正极活性物质(例如LiCoO2)、导电剂(例如石墨)和相对有机溶剂为可溶性的粘结剂(例如PVDF)分散在有机溶剂(例如NMP)中,配制出正极活性物质层形成用糊。将配制出的该糊涂布到正极集电体62上,干燥后压缩,由此形成正极活性物质层64。
其中,作为对在正极集电体62涂上述糊的方法,可以适当采用与以往公知的方法同样的技法。例如,可以通过使用狭缝涂布机、模涂机(die coater)、凹版涂布机、逗点涂布机(comma coater)等适当的涂布装置,在 正极集电体62上妥当地涂布该糊。此外,作为压缩方法,可以采用以往公知的辊压法、平板挤压法等的压缩方法。在调整其厚度时,可以用膜厚测定器测定该厚度,调整挤压压力,进行多次压缩直至达到期望的厚度。
负极片76,通过在长片状的负极集电体(例如长片状的铜箔)72上形成负极活性物质层74来制作。即、将负极活性物质(例如石墨)和相对有机溶剂为可溶性的粘结剂(例如PVDF)分散在有机溶剂(例如NMP)中,配制负极活性物质层形成用糊。将配制的该糊涂布到负极集电体72上,干燥后压缩,由此形成负极活性物质层74。负极活性物质层74的形成方法本身,与正极片同样,所以这里省略了具体说明。
可以将上述制作出的正极片66和负极片76与两片隔片(例如多孔质聚烯烃系树脂)80一起叠置重合卷绕,将得到的卷绕电极体50放入到壳体主体30内,使卷轴卧倒,并注入含有适当量(例如浓度1M)的适当支持盐(例如LiPF6等的锂盐)的EC和DMC的混合溶剂(例如质量比1:1)那样的非水电解液,然后在开口部20上安装盖体25进行密封(例如激光焊接),由此构建本实施方式的锂离子二次电池10。
需说明的是,本文公开的锂离子二次电池的制造方法,作为电极体构成部件(即、正极片、负极片和隔片)中的至少一者,可以事先选择(例如通过进行预先实验)满足上述a/b的部件,使用该选出的部件(可以是在特定的条件下制造的部件、规定型号的市售材料等。)来实施。即、在实施本发明时,并不需要每一次都确认上述部件实际上满足a/b。
然后,以该结构的锂离子二次电池10作为单电池,对具有多个该单电池的电池组的一结构例予以说明。如图3所示,该电池组100是将多个(典型的是10个以上、优选为10~30个左右、例如20个)的锂离子二次电池(单电池)10一个一个地颠倒,使各正极端子60和负极端子70交替配置,使锂离子二次电池沿着壳体15的宽度较宽的面呈对向的方向(叠层方向)排列。在该排成列的单电池10间夹入规定形状的冷却板110。该冷却板110作为将使用时在各单电池10内产生的热有效释放出去的放热部件发挥作用,优 选单电池10间具有可以导入冷却用流体(典型的是空气)的形状(例如表面设置有多个从长方形的冷却板的一边垂直延伸到对向的边上的平行沟的形状)。优选导热性好的金属制或轻量且硬质的聚丙烯、以及其它的合成树脂制的冷却板。
如图3所示,在上述排成列的单电池10和冷却板110的两端配置有一对端板(捆束板)120、120。此外,在上述冷却板110和端板120之间还可以夹入一片或多片作为长度调节机构的片状隔垫部件150。上述排成列的单电池10、冷却板110和隔垫部件150,被以使两端板桥联的方式安装的紧固用的捆束带130捆束,使其叠层方向受到规定捆束压。更具体地说,如图3所示,捆束带130的端部通过螺丝155拧在端板120上固定,由此使上述单电池等被捆束起来,在其排列方向上承受规定捆束压。由此装在各单电池10的电池壳体15的内部的卷绕电极体50也受到捆束压。
并且,在相邻的单电池10间、一方的正极端子60和另一方的负极端子70通过连接部件140电连接。通过这样将各单电池10串联连接,构建出所希望电压的电池组100。
下面对本发明所涉及的几个实施例予以说明,但并不是想使本发明受这些实施例所示的方案限定。
首先、对在以下实验中使用的电极体构成部件予以说明。
<隔片A>
使用透气度300秒/100cc、厚度20μm的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层多孔质片。
<隔片B>
使用透气度400秒/100cc、厚度20μm的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层多孔质片。
<正极片A>
将作为正极活性物质的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、作为导电剂的乙炔黑和作为粘结剂的PVDF以质量比85:10:5的方式称量,将这些材料分散在溶 剂NMP中,配制出正极活性物质层形成用糊。此时,使用振实密度为1.4g/cc的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2粉末。将该糊涂布到厚度15μm的铝箔的两面上,使其在两面的合计涂布量为13.8mg/cm2(以固体成分为基准),干燥后挤压,制作出正极片A。
<正极片B>
将作为正极活性物质的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、作为导电剂的乙炔黑和作为粘结剂的PVDF以质量比为85:10:5的方式称量,将这些材料分散在溶剂NMP中,配制出正极活性物质层形成用糊。此时、使用振实密度为1.8g/cc的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2粉末。除了使用该糊以外,其它与正极片A同样来制作正极片B。
<负极片A>
以作为负极活性物质的石墨和作为粘结剂的SBR之间的质量比为95:5的方式进行称量,将这些材料分散在溶剂离子交换水中,配制负极活性物质层形成用糊。使用振实密度为0.8g/cc的石墨粉末。将该糊涂布到厚度10μm的铜箔的两面上,使其在两面的合计涂布量为5mg/cm2(固体成分基准),干燥后挤压制作负极片A。
<负极片B>
以作为负极活性物质的石墨和作为粘结剂的SBR之间的质量比为95:5的方式进行称量,将这些材料分散在溶剂离子交换水中,配制出负极活性物质层形成用糊。使用振实密度为1.1g/cc的石墨粉末。除了使用该糊以外,其它与负极片A同样来制作负极片B。
[耐久性评价试验]
对上述各电极体构成部件进行以下的试验。
以上述各片作为试样,使用动态超微小硬度计(DUH-W201;株式会社岛津制作所制)通过加载负荷-卸载负荷反复试验(MODE3)对相对于充放电时片所承受的负荷、各片的耐久性进行评价。试验条件如下所示。
<试验条件>
试验负荷:23.5mN(2.4gf)~235mN(24gf)
负荷加载速度:快循环;23.5mN/秒、保持时间10秒
:慢循环;2.35mN/秒、保持时间0秒
循环次数:3次
压头:圆锥台压头(120°)、直径500μm
试验温度:(25℃)
需说明的是,试验负荷,是测定在锂离子二次电池通常的使用时所预想的SOC范围(这里是20%~80%)下的压力值,相应地、代入下式(试验负荷=压力/0.0509)求出的。
图4是表示快循环时和慢循环时片所承受的负荷的变化的图。
首先、如图4所示,以上述快循环的负荷加载速度,用顶端为圆锥台状的圆锥台压头对各片施加负荷,直至最大负荷235mN,在达到235mN后保持负荷10秒钟,求出此时的片的厚度(压缩率),然后以上述快循环的负荷加载速度卸除负荷直至最小负荷23.5mN,在达到23.5mN后保持负荷10秒钟,求出此时片的厚度(恢复率),反复进行这样的循环3次。同样如图4所示,以上述慢循环的负荷加载速度用顶端为圆锥台状的圆锥台压头对各片施加负荷,直至最大负荷235mN,在达到235mN后,求出此时片的厚度(压缩率),然后以上述慢循环的负荷加载速度卸除负荷直至最小负荷23.5mN,在达到23.5mN后,求出此时片的厚度(恢复率),反复进行这样的循环3次。
然后将各片的各循环中的压缩率和恢复率的变化分别进行外推,求出在它们的交点(汇聚点)处的片的厚度和加载负荷-卸载负荷次数,求出将上述交点(汇聚点)和表示试验开始前的片的厚度的点(加载负荷-卸载负荷次数为0次时片的厚度显示100%的点)连接起来的直线的斜率。然后根据快循环的斜率和慢循环的斜率求出斜率比X。其中,X=(快循环的斜率)/(慢循环的斜率)。将结果示于表1,并在图6~图11中示出。
表1
[电池的制作]
<例7>
使用隔片A,以下述方式制作18650型的锂离子二次电池。
以作为正极活性物质的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、乙炔黑和PVDF的质量比为85:10:5的方式进行称量,将这些材料分散在NMP中,配制出正极活性物质层形成用糊。将该糊涂布到厚度15μm的铝箔的两面上,使其在两面的合计涂布量为10mg/cm2(以固体成分为基准),干燥后挤压制作正极片(下文中也称作“正极片C”。)。
以作为负极活性物质的天然石墨、CMC和SBR的质量比为99:0.5:0.5的方式进行称量,将这些材料分散在离子交换水中,配制出负极活性物质层形成用糊。将该糊涂布到厚度10μm的铜箔的两面上,使其在两面的合计涂布量为5mg/cm2(以固体成分为基准),干燥后挤压,就制作出负极片(下文中也称作“负极片C”。)。
非水电解液使用在EC和DMC和EMC的体积比为3:5:2的混合溶剂中溶解了1mol/L的LiPF6而成的非水电解液。
将得到的正极片和负极片与两片隔片A一起重合卷绕,将得到的卷绕电极体按压成扁平形状,与上述电解液一起装入圆筒型的容器中,制作出例7所涉及的锂离子二次电池。
<例8>
除了使用隔片B来代替隔片A以外,与例7同样来制造例8所涉及的锂离子二次电池。
<例9>
本例中使用正极片A来代替例7所涉及的正极片C。此外,作为隔片,使用厚度20μm、透气度290秒/100cc的PE单层膜(下文中也称作“隔片C”。)。其它方面与例7同样来制造例9所涉及的锂离子二次电池。
<例10>
除了使用正极片B来代替正极片A以外,与例9同样来制造例10所涉及的锂离子二次电池。
<例11>
本例中使用负极片A来代替例7中的负极片C。此外,作为隔片,使用隔片C,其它方面与例7同样来制造例11所涉及的锂离子二次电池。
<例12>
除了使用负极片B来代替负极片A以外,与例11同样来制造例12所涉及的锂离子二次电池。
[充放电循环试验]
对例7~例12的各电池进行以下试验。
通过将上述各电池以10C的恒定电流充电至3.25V,接着以恒定电压充电(CC-CV充电),由此调整到SOC60%的充电状态。然后测定如此调整后的电池的内部电阻(初始内部电阻)。具体地说,在25℃的温度下、将各电池以10C的恒定电流放电10秒钟,测定放电前的开路电压和放电10秒后的电压,求出作为两者之差的电压下降,将其除以放电电流,求出初始内部电阻。
针对在内部电阻测定后调整到SOC60%的状态的各电池,在25℃的温度下反复进行充放电4000次循环,然后测定各锂离子二次电池的电阻增加率。即、将以下操作作为1个循环、进行4000次循环:在25℃的温度下以20C的速率进行10秒钟放电,之后停5秒钟,然后以2C的速率充电100秒钟,再停145秒钟。
然后以10C的恒定电流使循环4000次后的各电池放电10秒钟,测定放电前的开路电压和放电10秒后的电压,求出作为两者之差的电压下降值,将其除以放电电流,求出内部电阻(循环试验后内部电阻)。代入下式{(循环试验后内部电阻)-(初始内部电阻)}/(初始内部电阻)×100,求出4000次循环后的电阻增加率(%)。表2示出了得到的结果。
此外,针对内部电阻测定后调整到SOC60%的状态的各电池,在-15℃的温度下反复进行充放电循环4000次,然后测定各锂离子二次电池的电阻增加率。即将以下操作作为1个循环、进行4000次循环:在-15℃的温度下以20C的速率进行10秒钟放电,之后停5秒钟,然后以2C的速率充电100秒钟,再停145秒钟。与前述同样求出4000次循环后的电阻增加率(%)。表2示出了得到的结果。
表2
如表2所示,包含快循环的斜率和慢循环的斜率之比X在0.8<X<1.5的范围的电极体构成部件(隔片、正极片和负极片)的电池7、9、11,与包含X在上述范围外的电极体构成部件的电池8、10、12相比,在25℃为13%以下、在-15℃为21%以下,在任一温度电阻增加率都低。特别是可以确认,-15℃下的电阻增加率有显著差别。
[电池的制作]
<例13>
除了使用含有隔片A和正极片A和负极片A的卷绕电极体以外,与例7同样来制造例13所涉及的锂离子二次电池。
<例14>
除了使用隔片B和正极片B和负极片B以外,与例13同样来制造例14所涉及的锂离子二次电池。
<例15>
除了使用负极片B来代替负极片A以外,与例13同样来制造例15所涉及的锂离子二次电池。
<例16>
除了使用正极片B来代替正极片A以外,与例13同样来制造例16所涉及的锂离子二次电池。
<例17>
除了使用隔片B来代替隔片A以外,与例13同样来制造例17所涉及的锂离子二次电池。
<例18>
使用隔片B来代替隔片A。此外,使用负极片B来代替负极片A。其它方面与例13同样来制造例18所涉及的锂离子二次电池。
<例19>
使用正极片B来代替正极片A。此外,使用负极片B来代替负极片A。在其它方面与例13同样来制造例19所涉及的锂离子二次电池。
<例20>
使用隔片B来代替隔片A。此外,使用正极片B来代替正极片A。其它方面与例13同样来制造例20所涉及的锂离子二次电池。
[充放电循环试验]
针对例13~例20的各电池,在与对上述例7~例12的各电池进行的充放电循环试验相同的条件(测定温度25℃)下进行充放电循环试验。然后对各电池求出作为4000次循环后的内部电阻相对于初始内部电阻的比值的电阻比。将得到的结果示于表3,并在图12和图13中示出。
表3
如表3所示,可以确认,隔片、正极片和负极片这些所有的电极体构成部件都满足0.8<X<1.5的例13的电池的电阻比最小,即使在4000次循环后,内部电阻也几乎无变化。接下来,包含X在上述范围内的电极体构成部件中的2个部件的电池(例15、16和17),电阻比小。另一方面,可以确认,全部电池构成部件都使用X在上述范围外的部件的例14的电池,电阻比最高,电阻增加最大。以上显示出,通过将X满足0.8<X<1.5的电极体构成部件彼此适当组合,可以制作循环特性优异的锂离子二次电池。
上文中对本发明的具体例进行了详细说明,但这些仅是举例,不用来限定权利要求。权利要求中记载的技术包含上面列举的具体例的各种变形、改变。
产业可利用性
本发明所涉及的锂离子二次电池,可以进行大电流输出,如上所述,循环特性优异,所以特别适合作为搭载在汽车等车辆中的马达(电动机)用电源使用。因此本发明提供了图14所示意的示出的、具有该锂离子二次电池10(典型的是该电池10多个串联连接而成的电池组100)作为电源的车辆(典型的是汽车、特别混合动力汽车、电动汽车、燃料汽车之类的具有电动机的汽车)200。
附图标记说明
10锂离子二次电池
15电池壳体
20开口部
25盖体
30壳体主体
40安全阀
50电极体
60正极端子
62正极集电体
64正极活性物质层
66正极片
70负极端子
72负极集电体
74负极活性物质层
76负极片
80隔片
100电池组
110冷却板
120端板
130捆束带
140连接部件
150隔垫部件
155螺丝
200车辆
Claims (12)
1.一种锂离子二次电池的制造方法,所述锂离子二次电池具备正负电极片夹着隔片而重合的形态的电极体,
所述制造方法包含以下步骤:
选择正极片、负极片和隔片,
使所述选择出的正极片、负极片和隔片重合,构建电极体,以及,
将所述电极体和电解液一起装入电池壳体,
其中,所述正极片、负极片和隔片中的至少一者以下述方式进行选择:
在以下(1)和(2)的各条件下的试验中,
(1)将包含以A的速度施加负荷直至规定负荷F1的过程和以A的速度卸除负荷直至规定负荷F2的过程的高速加载负荷-卸载负荷循环反复进行n次,其中,n≥3,A的单位是mN/秒,F1和F2的单位是mN,
以及,
(2)将以B的速度施加负荷直至规定负荷F1的过程和以B的速度卸除负荷直至规定负荷F2的过程的低速加载负荷-卸载负荷循环反复进行n次,其中,n≥3,B的单位是mN/秒,F1和F2的单位是mN,B≤0.2A,
将试验开始前的片的厚度设为100%,以片的厚度作为竖轴,以加载负荷-卸载负荷的次数作为横轴,将负荷F1下的第1次循环到第n次循环的片的厚度变化和负荷F2下的第1次循环到第n次循环的片的厚度变化分别进行外推,求出它们的交点所对应的片的厚度和加载负荷-卸载负荷的次数,求出将试验开始前的片的厚度和上述交点连接起来的直线的斜率,
在将基于所述(1)的条件求出的斜率设作a,将基于所述(2)的条件求出的斜率设作b时,满足0.8<a/b<1.5。
2.如权利要求1所述的制造方法,其特征在于,所述负荷F1和所述负荷F2分别是在电池的通常使用时、在所预想的充电状态SOC的范围内所述片承受的负荷的上限和下限。
3.如权利要求1或2所述的制造方法,其特征在于,所述负荷F1是在所述电池的充电状态SOC为80%时所述片承受的负荷,所述负荷F2是在所述电池的充电状态SOC为30%时所述片承受的负荷。
4.如权利要求1或2所述的制造方法,其特征在于,
所述(1)的条件是以下条件:以23.5mN/秒的速度施加负荷直至达到上限负荷235mN,在将该上限负荷保持10秒钟后,以23.5mN/秒的速度卸除负荷直至达到下限负荷23.5mN,将该下限负荷保持10秒钟,
所述(2)的条件是以下条件:在以2.35mN/秒的速度施加负荷直至达到上限负荷235mN后,接着以2.35mN/秒的速度卸除负荷直至达到下限负荷23.5mN。
5.如权利要求1或2所述的制造方法,其特征在于,所述正极片、负极片和隔片全都以满足0.8<a/b<1.5的方式进行选择。
6.一种锂离子二次电池,具备正负电极片夹着隔片而重合的形态的电极体,其特征在于,
所述正极片、负极片和隔片中的至少一者满足下述条件:
在以下(1)和(2)的各条件下的试验中,
(1)将包含以A的速度施加负荷直至规定负荷F1的过程和以A[mN/秒]的速度卸除负荷直至规定负荷F2的过程的高速加载负荷-卸载负荷循环反复进行n次,其中,n≥3,A的单位是mN/秒,F1和F2的单位是mN,
以及,
(2)将以B的速度施加负荷直至规定负荷F1的过程和以B的速度卸除负荷直至规定负荷F2的过程的低速加载负荷-卸载负荷循环反复进行n次,其中,n≥3,B的单位是mN/秒,F1和F2的单位是mN,B≤0.2A,
将试验开始前的片的厚度设为100%,以片的厚度作为竖轴,以加载负荷-卸载负荷的次数作为横轴,将负荷F1下的第1次循环到第n次循环的片的厚度变化和负荷F2下的第1次循环到第n次循环的片的厚度变化分别进行外推,求出它们的交点所对应的片的厚度和加载负荷-卸载负荷的次数,求出将试验开始前的片的厚度和上述交点连接起来的直线的斜率,
在将基于所述(1)的条件求出的斜率设作a,将基于所述(2)的条件求出的斜率设作b时,满足0.8<a/b<1.5。
7.如权利要求6所述的锂离子二次电池,其特征在于,所述负荷F1和所述负荷F2分别是在电池的通常使用时、在所预想的充电状态SOC的范围内所述片承受的负荷的上限和下限。
8.如权利要求6或7所述的锂离子二次电池,其特征在于,所述负荷F1是在所述电池的充电状态SOC为80%时所述片承受的负荷,所述负荷F2是在所述电池的充电状态SOC为30%时所述片承受的负荷。
9.如权利要求6或7所述的锂离子二次电池,其特征在于,
所述(1)的条件是以下条件:以23.5mN/秒的速度施加负荷直至达到上限负荷235mN,在将该上限负荷保持10秒钟后,以23.5mN/秒的速度卸除负荷直至达到下限负荷23.5mN,将该下限负荷保持10秒钟,
所述(2)的条件是以下条件:在以2.35mN/秒的速度施加负荷直至达到上限负荷235mN后,接着以2.35mN/秒的速度卸除负荷直至达到下限负荷23.5mN。
10.如权利要求6或7所述的锂离子二次电池,其特征在于,所述正极片、负极片和隔片全都满足0.8<a/b<1.5。
11.一种车辆,具有通过权利要求1~5的任一项所述的制造方法得到的锂离子二次电池或权利要求6~10的任一项所述的锂离子二次电池。
12.一种耐久性的评价方法,针对锂离子二次电池中使用的正极片、负极片和隔片中的至少一个部件,评价该部件对充放电的耐久性,所述锂离子二次电池具备正负电极片夹着隔片而重合的形态的电极体,所述评价方法的特征在于,包含以下工序:
在以下(1)和(2)的各条件下的试验中,
(1)将包含以A的速度施加负荷直至规定负荷F1的过程和以A的速度卸除负荷直至规定负荷F2的过程的高速加载负荷-卸载负荷循环反复进行n次,其中,n≥3,A的单位是mN/秒,F1和F2的单位是mN,
以及,
(2)将以B的速度施加负荷直至规定负荷F1的过程和以B的速度卸除负荷直至规定负荷F2的过程的低速加载负荷-卸载负荷循环反复进行n次,其中,n≥3,B的单位是mN/秒,F1和F2的单位是mN,B≤0.2A,
将试验开始前的片的厚度设为100%,以片的厚度作为竖轴,以加载负荷-卸载负荷的次数作为横轴,将负荷F1下的第1次循环到第n次循环的片的厚度变化和负荷F2下的第1次循环到第n次循环的片的厚度变化分别进行外推,求出它们的交点所对应的片的厚度和加载负荷-卸载负荷的次数的工序,
求出将试验开始前的片的厚度和上述交点连接起来的直线的斜率的工序,
在将基于所述(1)的条件求出的斜率设作a,将基于所述(2)的条件求出的斜率设作b时,将满足0.8<a/b<1.5的情况判断为优良品,将不满足该条件的情况判断为不良品的工序。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2009/071658 WO2011077564A1 (ja) | 2009-12-25 | 2009-12-25 | リチウムイオン二次電池の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102668223A CN102668223A (zh) | 2012-09-12 |
CN102668223B true CN102668223B (zh) | 2014-12-24 |
Family
ID=44195124
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN200980163130.4A Active CN102668223B (zh) | 2009-12-25 | 2009-12-25 | 锂离子二次电池的制造方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8877387B2 (zh) |
EP (1) | EP2518811B1 (zh) |
JP (1) | JP5472760B2 (zh) |
CN (1) | CN102668223B (zh) |
WO (1) | WO2011077564A1 (zh) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150303484A1 (en) | 2012-11-19 | 2015-10-22 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Current collector, electrode, secondary battery, and capacitor |
JP6510164B2 (ja) | 2013-03-29 | 2019-05-08 | 株式会社Gsユアサ | 蓄電素子及び車載用蓄電池システム |
US10177364B2 (en) * | 2015-07-16 | 2019-01-08 | Johnson Controls Technology Company | System and method of overmolded terminal posts of a battery module |
JP6627415B2 (ja) * | 2015-10-27 | 2020-01-08 | トヨタ自動車株式会社 | 組電池 |
US20180254446A1 (en) | 2017-03-03 | 2018-09-06 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Nonaqueous electrolyte secondary battery separator |
KR102350567B1 (ko) * | 2017-04-14 | 2022-01-18 | 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 | 비수 전해액 이차 전지용 절연성 다공질층 |
JP6965827B2 (ja) * | 2018-05-11 | 2021-11-10 | トヨタ自動車株式会社 | リチウムイオン電池の診断方法およびリチウムイオン電池の診断装置 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1083618A1 (en) * | 1998-05-20 | 2001-03-14 | Osaka Gas Company Limited | Nonaqueous secondary cell and method for controlling the same |
CN100367537C (zh) * | 2002-12-27 | 2008-02-06 | 三星Sdi株式会社 | 用于锂电池的隔离物以及使用该隔离物的锂电池 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TW439309B (en) * | 1999-01-22 | 2001-06-07 | Toshiba Corp | Nonaquous electrolyte secondary battery |
JP2002134091A (ja) | 2000-10-30 | 2002-05-10 | Nitto Denko Corp | 非水電解液電池用セパレータ及び非水電解液電池 |
CN100373670C (zh) * | 2002-03-01 | 2008-03-05 | 松下电器产业株式会社 | 正极活性物质及其制造方法以及非水电解质二次电池 |
JP2004039492A (ja) | 2002-07-04 | 2004-02-05 | Japan Storage Battery Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
JP4215202B2 (ja) | 2003-07-07 | 2009-01-28 | パナソニック株式会社 | 非水電解液二次電池 |
JP4554911B2 (ja) | 2003-11-07 | 2010-09-29 | パナソニック株式会社 | 非水電解質二次電池 |
JP2006032246A (ja) * | 2004-07-21 | 2006-02-02 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質電池用セパレータ及び非水電解質電池 |
JP2007188864A (ja) * | 2005-12-13 | 2007-07-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解質二次電池用負極とそれを用いた非水電解質二次電池 |
JP4977079B2 (ja) | 2007-05-21 | 2012-07-18 | パナソニック株式会社 | リチウムイオン二次電池の製造方法 |
US8323821B2 (en) * | 2007-11-09 | 2012-12-04 | Toray Battery Separator Film Co., Ltd. | Multi-layer microporous membrane, battery separator and battery |
EP2065887A1 (en) * | 2007-11-30 | 2009-06-03 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Method for manufacturing magnetic disk unit |
-
2009
- 2009-12-25 JP JP2011547173A patent/JP5472760B2/ja active Active
- 2009-12-25 US US13/515,900 patent/US8877387B2/en active Active
- 2009-12-25 CN CN200980163130.4A patent/CN102668223B/zh active Active
- 2009-12-25 WO PCT/JP2009/071658 patent/WO2011077564A1/ja active Application Filing
- 2009-12-25 EP EP09852579.3A patent/EP2518811B1/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1083618A1 (en) * | 1998-05-20 | 2001-03-14 | Osaka Gas Company Limited | Nonaqueous secondary cell and method for controlling the same |
CN100367537C (zh) * | 2002-12-27 | 2008-02-06 | 三星Sdi株式会社 | 用于锂电池的隔离物以及使用该隔离物的锂电池 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
JP特开2005-142047A 2005.06.02 * |
JP特开2007-188864A 2007.07.26 * |
JP特开2008-293997A 2008.12.04 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2011077564A1 (ja) | 2013-05-02 |
CN102668223A (zh) | 2012-09-12 |
EP2518811A4 (en) | 2016-08-31 |
EP2518811B1 (en) | 2018-07-25 |
EP2518811A1 (en) | 2012-10-31 |
US20120295164A1 (en) | 2012-11-22 |
WO2011077564A1 (ja) | 2011-06-30 |
US8877387B2 (en) | 2014-11-04 |
JP5472760B2 (ja) | 2014-04-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9531033B2 (en) | Lithium secondary battery and manufacturing method therefor | |
CN103155238B (zh) | 二次电池 | |
CN103168378B (zh) | 电池用电极及其利用 | |
CN103380519B (zh) | 锂离子二次电池及其制造方法 | |
KR101627013B1 (ko) | 리튬 2차 전지, 리튬 2차 전지의 제조 방법, 및 리튬 2차 전지를 구비하는 차량 | |
CN101911345B (zh) | 电极及其制造方法 | |
CN103597638B (zh) | 锂离子二次电池 | |
CN102668223B (zh) | 锂离子二次电池的制造方法 | |
CN103026536B (zh) | 锂离子二次电池 | |
CN103370810B (zh) | 二次电池和电池组 | |
US9219278B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery and use thereof | |
KR101721300B1 (ko) | 비수 전해질 2차 전지 | |
CN102714305B (zh) | 正极活性物质的评价方法 | |
CN103503221A (zh) | 非水电解质二次电池 | |
CN102939675B (zh) | 非水电解液二次电池 | |
CN102549813A (zh) | 锂二次电池和其制造方法 | |
CN103650203A (zh) | 二次电池 | |
KR20150016339A (ko) | 리튬 2차 전지, 리튬 2차 전지의 제조 방법, 및 리튬 2차 전지를 구비하는 차량 | |
CN103999280A (zh) | 锂二次电池 | |
JP5709010B2 (ja) | 非水電解液二次電池 | |
CN103636055B (zh) | 二次电池的制造方法 | |
JP2012256544A (ja) | 二次電池用電極の製造方法 | |
JP6735036B2 (ja) | リチウムイオン二次電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |