JP2001052754A - Aging treatment method of lithium secondary battery - Google Patents

Aging treatment method of lithium secondary battery

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JP2001052754A
JP2001052754A JP11222841A JP22284199A JP2001052754A JP 2001052754 A JP2001052754 A JP 2001052754A JP 11222841 A JP11222841 A JP 11222841A JP 22284199 A JP22284199 A JP 22284199A JP 2001052754 A JP2001052754 A JP 2001052754A
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positive electrode
secondary battery
negative electrode
lithium secondary
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JP11222841A
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Japanese (ja)
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Naruaki Okuda
匠昭 奥田
Yoshio Ukiyou
良雄 右京
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Toyota Central R&D Labs Inc
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simple treatment method capable of enhancing the aging effect of a battery characteristic to a practical usage level by preventing high- temperature cycle degradation in a lithium secondary battery. SOLUTION: This lithium secondary battery is provided with: a positive electrode formed by binding a positive electrode active material formed of a lithium transition metal composite oxide with a positive electrode binder, a negative electrode formed by binding a negative electrode active material formed of a carbon material with a negative electrode binder; and a nonauqeous electrolytic solution. In this case, the battery is composed by facing the positive electrode to the negative electrode and by mounting the positive electrode and the negative electrode after impregnating the nonaqueous electrolytic solution into them. This aging treatment for storing the battery at a solidifying temperature of the nonaqueous electrolytic solution or below is applied to the battery.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオンの
吸蔵・放出現象を利用したリチウム二次電池の処理方法
であって、電池特性の経時変化を少なくするための処理
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for treating a lithium secondary battery utilizing the phenomenon of insertion and extraction of lithium ions, and more particularly to a treatment method for reducing changes over time in battery characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】パソコン、ビデオカメラ、携帯電話等の
小型化に伴い、情報関連機器、通信機器の分野では、こ
れらの機器に用いる電源として、高エネルギー密度であ
るという理由から、リチウム二次電池が実用化され広く
普及するに至っている。また一方で、自動車の分野にお
いても、環境問題、資源問題から電気自動車の開発が急
がれており、この電気自動車用の電源としても、リチウ
ム二次電池が検討されている。リチウム二次電池には、
電池容量、電池内部抵抗等の電池特性が幅広い使用温度
領域において長時間変化しないという性能が要求され、
電気自動車用電源等、その用途が拡大しつつある近年で
は、その要求は増々高まっている。
2. Description of the Related Art With the miniaturization of personal computers, video cameras, mobile phones, and the like, in the fields of information-related equipment and communication equipment, lithium secondary batteries are used as power sources for these equipments because of their high energy density. Has been put to practical use and has spread widely. On the other hand, in the field of automobiles, the development of electric vehicles is urgent due to environmental problems and resource problems, and lithium secondary batteries are being studied as power sources for electric vehicles. Lithium secondary batteries include
Performance that battery characteristics such as battery capacity and battery internal resistance do not change for a long time in a wide operating temperature range is required.
In recent years, such applications as power supplies for electric vehicles are expanding, the demands are increasing.

【0003】リチウム電池の中でも負極に炭素材料を用
いたロッキングチェア型のいわゆるリチウムイオン二次
電池は、その安全性から、現在の主流をなしている。こ
のリチウムイオン二次電池は、一般に、必要に応じ導電
材を添加した活物質を結着剤(バインダ)で結着させて
形成した正極および負極の2つの電極と、リチウム塩を
有機溶媒に溶解させた非水電解液とを主要構成要素とし
て構成されている。
[0003] Among lithium batteries, a rocking chair type so-called lithium ion secondary battery using a carbon material for the negative electrode is currently the mainstream because of its safety. This lithium ion secondary battery generally has two electrodes, a positive electrode and a negative electrode, formed by binding an active material to which a conductive material is added as necessary with a binder, and a lithium salt dissolved in an organic solvent. And a non-aqueous electrolytic solution as a main component.

【0004】上述した幅広い使用温度領域において長時
間変化しないという性能をより良好なものとするため、
従来から、正極および負極の活物質、結着剤、非水電解
液の有機溶媒等の上記各構成要素の改良、完成した電池
に施すコンディショニング処理、高温下に保存するエー
ジング処理等の各種処理方法等、列挙に限りがないほど
の多くの技術が検討され、それらのいくつかは、実際に
実施されている。
[0004] In order to improve the performance of not changing for a long time in a wide operating temperature range as described above,
Conventionally, various processing methods such as improvement of the above-mentioned constituent elements such as active materials of the positive electrode and the negative electrode, a binder, an organic solvent of a non-aqueous electrolyte, a conditioning treatment applied to a completed battery, and an aging treatment stored at a high temperature. Many technologies, such as an infinite list, have been considered, and some of them are actually implemented.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】現状のリチウム二次電
池では、40℃以下の比較的低い温度において、サイク
ル劣化が実用レベルの範囲に収まる。ところが、電池反
応が活性化する60℃程度の高温になると、サイクル劣
化が実用レベルを下回るという問題を抱えている。この
原因は、60℃程度の高温で充放電を繰り返すと、正極
および負極活物質が構造変化を生じ特定の電位領域の充
放電容量が減少すること、正極および負極が膨潤して電
子伝導度が低下することによって電池内部抵抗が増加す
ること等が考えられる。しかし、活物質自体の構造変
化、正負極の膨潤等を皆無にすることは実質的に困難で
ある。
In a current lithium secondary battery, at relatively low temperatures of 40 ° C. or less, cycle deterioration falls within a practical level. However, at a high temperature of about 60 ° C. at which the battery reaction is activated, there is a problem that the cycle deterioration falls below a practical level. This is because, when charge and discharge are repeated at a high temperature of about 60 ° C., the positive and negative electrode active materials undergo structural changes to decrease the charge and discharge capacity in a specific potential region, and the positive and negative electrodes swell and the electron conductivity decreases. It is conceivable that the internal resistance of the battery increases due to the decrease. However, it is substantially difficult to eliminate structural changes of the active material itself and swelling of the positive and negative electrodes.

【0006】本発明者は、このサイクル劣化について検
討する中、度重ねる実験により、電池自体を冷却するこ
とによって経時変化の少ないリチウム二次電池となると
の知見を得た。本発明は、この知見に基づくものであ
り、従来とまったく異なるリチウム二次電池の処理方法
であって、高温サイクル劣化を防止して電池特性の経時
変化を実用レベルにまで高めることのできる処理方法を
提供することを課題としている。
[0006] The present inventor has found through repeated experiments that this cycle deterioration was studied, and found that a lithium secondary battery with little change over time can be obtained by cooling the battery itself. The present invention is based on this finding, and is a processing method for a lithium secondary battery that is completely different from the conventional one, and is capable of preventing high-temperature cycle deterioration and increasing the time-dependent change in battery characteristics to a practical level. The challenge is to provide

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のリチウム二次電
池のエージング処理方法は、リチウム遷移金属複合酸化
物からなる正極活物質を正極結着剤で結着させて形成し
た正極と、炭素材料からなる負極活物質を負極結着剤で
結着させて形成した負極と、非水電解液とを備えてなる
リチウム二次電池のエージング処理方法であって、前記
正極と前記負極を対向させ該正極および該負極とに前記
非水電解液を含浸させることによって組付けられた電池
を、該非水電解液が凝固する温度以下に保存することを
特徴とする。
The aging treatment method for a lithium secondary battery according to the present invention comprises a positive electrode formed by binding a positive electrode active material comprising a lithium transition metal composite oxide with a positive electrode binder; A negative electrode formed by binding a negative electrode active material comprising a negative electrode binder, and a non-aqueous electrolyte, a method for aging a lithium secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte, wherein the positive electrode and the negative electrode are opposed to each other. A battery assembled by impregnating the positive electrode and the negative electrode with the nonaqueous electrolyte is stored at a temperature lower than a temperature at which the nonaqueous electrolyte solidifies.

【0008】つまり本発明のエージング処理は、リチウ
ム二次電池を使用前に低温状態に保存するという処理で
ある。このエージング処理がリチウム二次電池にどのよ
うに作用するかは、現在のところ定かではないが、以下
の2つのことが考えられる。
That is, the aging process of the present invention is a process of storing a lithium secondary battery in a low temperature state before use. How this aging treatment affects the lithium secondary battery is not clear at present, but the following two are conceivable.

【0009】その1つは、低温エージング処理によっ
て、リチウム二次電池の充放電特性が変化するというも
のである。後の実施例で示すが、微分容量曲線から考察
すれば、60℃程度の高温充放電サイクルによって減少
する電位領域の充放電容量成分が、本エージング処理に
よって予め減少させられる。この不安定容量成分の消滅
によって、その後の高温での使用によっても、そのリチ
ウム二次電池は、容量変化の少ないものとなる。
One is that the low-temperature aging treatment changes the charge / discharge characteristics of the lithium secondary battery. As will be shown in a later example, considering the differential capacity curve, the charge / discharge capacity component in the potential region which decreases by the high-temperature charge / discharge cycle of about 60 ° C. is previously reduced by the aging process. Due to the disappearance of the unstable capacity component, the lithium secondary battery has a small change in capacity even when used at a high temperature thereafter.

【0010】また、もう1つは、非水電解液の凍結によ
る作用である。正極および負極は、活物質を結着剤で結
着して形成され、この正極および負極には非水電解液が
含浸されている。結着剤中には微少な空間が存在し、こ
の微少空間に非水電解液が含浸するものとなっている。
非水電解液が凝固する際、この微少空間を押し広げるよ
うに結晶を生じる。この結晶が融解した後には、その結
晶が存在していたところは押し広げられたままの空間が
存在し、結着剤自体があたかもスポンジ状(海綿状)の
様相を呈することになる。充放電に伴い、電極中の活物
質は体積膨張・収縮を繰り返すことで、電極自体が膨張
・収縮を繰り返すことになるが、本エージング処理を施
した電極は、結着剤がスポンジ状であるため、この充放
電に伴う電極の体積変化を吸収できる構造となってお
り、その結果として、電極の膨潤が抑制され、導電パス
の欠損による内部抵抗の上昇が抑制さることになる。
The other is an effect by freezing of the non-aqueous electrolyte. The positive electrode and the negative electrode are formed by binding an active material with a binder, and the positive electrode and the negative electrode are impregnated with a non-aqueous electrolyte. A minute space exists in the binder, and the minute space is impregnated with the non-aqueous electrolyte.
When the non-aqueous electrolyte solidifies, crystals are generated so as to expand the minute space. After this crystal is melted, the space where the crystal was present is still expanded, and the binder itself has a sponge-like (sponge-like) appearance. With charge and discharge, the active material in the electrode repeatedly expands and contracts in volume, so that the electrode itself repeats expansion and contraction, but the electrode subjected to this aging treatment has a sponge-like binder. Therefore, the electrode has a structure capable of absorbing the change in the volume of the electrode caused by the charge and discharge. As a result, the swelling of the electrode is suppressed, and the increase in the internal resistance due to the loss of the conductive path is suppressed.

【0011】考えられる上記2つの作用により、本エー
ジング処理を施したリチウム二次電池は、その後高温下
で繰り返される充放電によっても、その放電容量を低下
が抑制され、また、その内部抵抗の上昇が抑制され、電
池特性の経時変化の小さなリチウム二次電池となる。
[0011] Due to the above two conceivable actions, the lithium secondary battery subjected to the aging treatment can suppress the decrease in the discharge capacity and the increase in the internal resistance of the lithium secondary battery even after repeated charging and discharging at a high temperature. Is suppressed, and a lithium secondary battery having a small change over time in battery characteristics is obtained.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下に、本エージング処理が対象
とするリチウム二次電池の構成およびエージング処理の
態様について、項目を分けて詳しく説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The structure of a lithium secondary battery to be subjected to the aging process and the mode of the aging process will be described below in detail by dividing the items.

【0013】〈リチウム二次電池の構成〉本エージング
処理が対象とするリチウム二次電池は、リチウム遷移金
属複合酸化物からなる正極活物質を正極結着剤で結着さ
せて形成した正極と、炭素材料からなる負極活物質を負
極結着剤で結着させて形成した負極と、非水電解液と
を、主要構成要素として備えてなる。いわゆるリチウム
イオン二次電池と呼ばれる電池であって、特に限定する
ものではなく、その一般的な形態を採用するものであれ
ばよい。以下に、その形態について例示する。
<Structure of Lithium Secondary Battery> A lithium secondary battery to be subjected to the aging treatment has a positive electrode formed by binding a positive electrode active material comprising a lithium transition metal composite oxide with a positive electrode binder, A negative electrode formed by binding a negative electrode active material made of a carbon material with a negative electrode binder and a non-aqueous electrolyte are provided as main components. The battery is a so-called lithium ion secondary battery, which is not particularly limited and may be any battery that adopts its general form. Below, the form is illustrated.

【0014】正極活物質となるリチウム遷移金属複合酸
化物は、公知のものを採用すればよい。4V級のリチウ
ム二次電池を構成する場合は、層状岩塩構造リチウムコ
バルト複合酸化物(LiCoO2)、層状岩塩構造リチ
ウムニッケル複合酸化物(LiNiO2)、層状岩塩構
造リチウムマンガン複合酸化物(LiMnO2)、スピ
ネル構造リチウムマンガン複合酸化物(LiMn24
等を用いればよい。
As the lithium transition metal composite oxide serving as the positive electrode active material, a known oxide may be used. When a 4V-class lithium secondary battery is configured, a layered rock salt structure lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), a layered rock salt structure lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ), a layered rock salt structure lithium manganese composite oxide (LiMnO 2) ), Spinel structure lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 )
Etc. may be used.

【0015】これらの中でも、高価ではあるがよりサイ
クル特性等を良好なものとしたい場合は、LiCoO2
を用いればよく、また、電池性能よりコスト面の優位性
を重視する場合は、LiMnO2、LiMn24を採用
すればよい。サイクル特性および電池コストのバランス
のとれたリチウム二次電池とするには、LiNiO2
採用するのが望ましい。なお、これらの内の2種以上あ
るいは他のリチウム遷移金属複合酸化物との2種以上を
混合して用いることも可能である。
Among them, when it is expensive but wants to have better cycle characteristics and the like, LiCoO 2
When importance is placed on cost advantages over battery performance, LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 may be used. In order to obtain a lithium secondary battery having a good balance between cycle characteristics and battery cost, it is desirable to use LiNiO 2 . It is also possible to use a mixture of two or more of these or two or more of these with another lithium transition metal composite oxide.

【0016】層状岩塩構造リチウムニッケル複合酸化物
を正極活物質として用いる場合は、組成式LiNiO2
で表される化学量論組成のものを用いることができる。
また、二次電池のサイクル特性等を改善するため、Ni
サイトの一部を、他元素で置換するものを用いることも
できる。他元素で置換するもののうちでは、組成式Li
NixM1yM2z2(M1はCo、Mnから選ばれた少な
くとも1種;M2はAl、B、Fe、Cr、Mgから選
ばれた少なくとも1種;x+y+z=1;0.5<x<
0.95;0.01<y<0.4;0.001<z<
0.2)で表されるものを用いるのが望ましい。
When the lithium nickel composite oxide having a layered rock salt structure is used as a positive electrode active material, the composition formula is LiNiO 2
The stoichiometric composition represented by the following formula can be used.
Further, in order to improve the cycle characteristics and the like of the secondary battery, Ni
One in which part of a site is replaced with another element can also be used. Among those substituted with other elements, the composition formula Li
Ni x M1 y M2 z O 2 (M1 is Co, at least one selected from Mn; M2 is Al, B, Fe, Cr, at least one selected from Mg; x + y + z = 1; 0.5 <x <
0.95; 0.01 <y <0.4; 0.001 <z <
It is desirable to use the one represented by 0.2).

【0017】この、LiNixM1yM2z2は、役割の異
なるM1、M2の2種以上の元素でNiサイトの一部を置
換したものとなっている。置換させずにNiを存置させ
る割合つまり組成式におけるxの値で置換割合を規定す
れば、0.5<x<0.95となる。x≦0.5の場合
は、層状岩塩構造のものだけでなく、スピネル構造等の
第2の相が生成するからであり、また、x≧0.95の
場合は、置換効果が少なすぎて、目的とする良好なサイ
クル特性の電池を構成できないからである。なお、0.
7<x<0.9の範囲とするのがさらに好ましい。
The LiNi x M1 y M2 z O 2 is obtained by substituting a part of the Ni site with at least two elements M1 and M2 having different roles. If the substitution ratio is defined by the ratio of leaving Ni without substitution, that is, the value of x in the composition formula, 0.5 <x <0.95. If x ≦ 0.5, not only a layered rock salt structure but also a second phase such as a spinel structure is generated. If x ≧ 0.95, the substitution effect is too small. This is because a battery having the desired good cycle characteristics cannot be formed. Note that 0.
More preferably, the range is 7 <x <0.9.

【0018】Co、Mnから選ばれる元素M1は、主
に、リチウムニッケル複合酸化物の結晶構造を安定化す
る役割を果たしている。M1での結晶構造安定化によ
り、リチウム二次電池のサイクル特性はより良好に保た
れ、特に高温下での充放電および高温下での貯蔵による
電池容量の劣化が抑制される。サイクル特性の改善効果
を充分に発揮させるために、M1の置換割合、つまり組
成式におけるyの値は0.01<y<0.4とする。y
≦0.01の場合は、構成される二次電池の結晶構造安
定化が充分でないためサイクル特性が良好ではなく、y
≧0.4の場合はリチウムニッケル複合酸化物の結晶性
が低下し好ましくない。なお、0.1<y<0.3とす
るのがより好ましい。さらに、置換する元素M1はCo
であることがより望ましい。Coには、元素置換による
容量低下を抑えるとともに、得られる複合酸化物Li
(Co,Ni)O2は全固溶型であり、結晶性の低下を
最小限にとどめるという利点があるからである。
The element M1 selected from Co and Mn mainly serves to stabilize the crystal structure of the lithium nickel composite oxide. By stabilizing the crystal structure at M1, the cycle characteristics of the lithium secondary battery are more favorably maintained, and particularly, deterioration of the battery capacity due to charge / discharge at high temperature and storage at high temperature is suppressed. In order to sufficiently exert the effect of improving the cycle characteristics, the substitution ratio of M1, that is, the value of y in the composition formula, is set to 0.01 <y <0.4. y
When ≦ 0.01, the crystal structure of the formed secondary battery is not sufficiently stabilized, so that the cycle characteristics are not good.
If ≧ 0.4, the crystallinity of the lithium-nickel composite oxide is undesirably reduced. It is more preferable that 0.1 <y <0.3. Further, the replacing element M1 is Co
Is more desirable. In Co, while suppressing the capacity reduction due to the element substitution, the obtained composite oxide Li
This is because (Co, Ni) O 2 is an all-solid solution type and has an advantage of minimizing a decrease in crystallinity.

【0019】Al、B、Fe、Cr、Mgから選ばれる
元素M2は、主に、酸素放出に伴う活物質の分解反応を
抑え、熱安定性を向上させるという役割を果たしてい
る。この役割のため、M2の置換割合、つまり組成式に
おけるzの値は、0.001<z<0.2とする。z≦
0.001の場合は、安全性に対して十分な効果が得ら
れなくなり、z≧0.2の場合は、正極の容量が低下し
てしまうため好ましくない。なお、0.01<z<0.
1とするのがより好ましい。さらに、置換する元素M2
には、Alを用いることがより望ましい。Alには、熱
安定性を向上させつつ、容量低下を最小限に抑えるとい
う利点があるからである。
The element M2 selected from Al, B, Fe, Cr and Mg mainly serves to suppress the decomposition reaction of the active material due to the release of oxygen and to improve the thermal stability. Due to this role, the substitution ratio of M2, that is, the value of z in the composition formula, is set to 0.001 <z <0.2. z ≦
In the case of 0.001, a sufficient effect on safety cannot be obtained, and in the case of z ≧ 0.2, the capacity of the positive electrode decreases, which is not preferable. In addition, 0.01 <z <0.
It is more preferably set to 1. Further, the substituting element M2
It is more preferable to use Al. This is because Al has an advantage of minimizing a decrease in capacity while improving thermal stability.

【0020】例えば、組成式LiNixCoyAlz2
表される層状岩塩構造リチウムニッケル複合酸化物を製
造しようとする場合は、LiOH・H2O、Ni(O
H)2、Co34、Al(OH)3をそれぞれ所定量混合
し、酸素気流中で850℃程度の温度で、20時間程度
の時間焼成することによって、これを合成することがで
きる。
For example, to manufacture a layered rock salt structure lithium nickel composite oxide represented by the composition formula LiNi x Co y Al z O 2 , use LiOH · H 2 O, Ni (O
This can be synthesized by mixing predetermined amounts of H) 2 , Co 3 O 4 , and Al (OH) 3 and baking them in an oxygen stream at a temperature of about 850 ° C. for about 20 hours.

【0021】正極は、正極活物質である上記リチウム遷
移金属複合酸化物の粉状体に導電材および結着剤を混合
し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極合材としたも
のを、アルミニウム等の金属箔製の集電体表面に塗布乾
燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成
したものを用いることができる。導電材は、正極の電気
伝導性を確保するためのものであり、カーボンブラッ
ク、アセチレンブラック、黒鉛等の炭素物質粉状体の1
種又は2種以上を混合したものを用いることができる。
結着剤は、活物質粒子および導電材粒子を繋ぎ止める役
割を果たすものでポリテトラフルオロエチレン、ポリフ
ッ化ビニリデン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプ
ロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を用いること
ができる。これら活物質、導電材、結着剤を分散させる
溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶
剤を用いることができる。
The positive electrode is prepared by mixing a powder of the lithium transition metal composite oxide as a positive electrode active material with a conductive material and a binder, and adding an appropriate solvent to form a paste-like positive electrode mixture. A material formed by coating and drying the surface of a current collector made of a metal foil such as aluminum, and compressing it as necessary to increase the electrode density can be used. The conductive material is for ensuring the electrical conductivity of the positive electrode, and is made of a carbon material powder such as carbon black, acetylene black, graphite, or the like.
A species or a mixture of two or more species can be used.
The binding agent plays a role of binding the active material particles and the conductive material particles, and may be a fluororesin such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, or fluororubber, or a thermoplastic resin such as polypropylene or polyethylene. . An organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as a solvent in which the active material, the conductive material, and the binder are dispersed.

【0022】負極活物質には、リチウムを吸蔵・放出可
能な炭素材料を用いる。用いることができる炭素材料に
は、天然黒鉛、球状あるいは繊維状の人造黒鉛、難黒鉛
化性炭素、および、フェノール樹脂等の有機化合物焼成
体、コークス等の易黒鉛化性炭素の粉状体を挙げること
ができる。正極活物質の場合と同様、負極活物質となる
炭素材料にはそれぞれの利点があり、作製しようとする
リチウム二次電池の特性に応じて選択すればよい。
As the negative electrode active material, a carbon material capable of inserting and extracting lithium is used. Examples of carbon materials that can be used include natural graphite, spherical or fibrous artificial graphite, non-graphitizable carbon, and organic compound fired substances such as phenolic resins, and powdered substances of easily graphitizable carbon such as coke. Can be mentioned. As in the case of the positive electrode active material, the carbon material serving as the negative electrode active material has respective advantages, and may be selected according to the characteristics of the lithium secondary battery to be manufactured.

【0023】これらのもののうち、天然および人造の黒
鉛は、真密度が高くまた導電性に優れるため、容量が大
きく(エネルギー密度の高い)、パワー特性の良好なリ
チウム二次電池を構成できるという利点がある。この利
点を活かしたリチウム二次電池を作製する場合、用いる
黒鉛は、結晶性の高いことが望ましく、(002)面の
面間隔d002が3.4Å以下であり、c軸方向の結晶子
厚みLcが1000Å以上のものを用いるのがよい。な
お、人造黒鉛は、例えば、易黒鉛化性炭素を2800℃
以上の高温で熱処理して製造することができる。この場
合の原料となる易黒鉛化性炭素には、コークス、ピッチ
類を400℃前後で加熱する過程で得られる光学異方性
の小球体(メソカーボンマイクロビーズ:MCMB)等
を挙げることができる。
Of these, natural and artificial graphites have the advantage of being capable of forming a lithium secondary battery having a large capacity (high energy density) and good power characteristics because of its high true density and excellent conductivity. There is. When a lithium secondary battery utilizing this advantage is manufactured, it is desirable that the graphite used has high crystallinity, the (002) plane spacing d 002 is 3.4 ° or less, and the crystallite thickness in the c-axis direction. It is preferable to use one having Lc of 1000 ° or more. In addition, artificial graphite is, for example, 2800 ° C.
It can be manufactured by heat treatment at the above high temperature. In this case, the easily graphitizable carbon as a raw material includes coke and optically anisotropic small spheres (mesocarbon microbeads: MCMB) obtained in the process of heating pitches at about 400 ° C. .

【0024】易黒鉛化性炭素は、一般に石油や石炭から
得られるタールピッチを原料としたもので、コークス、
MCMB、メソフェーズピッチ系炭素繊維、熱分解気相
成長炭素繊維等が挙げられる。また、フェノール樹脂等
の有機化合物焼成体をも用いることができる。易黒鉛化
性炭素は、安価な炭素材料であるため、コスト面で優れ
たリチウム二次電池を構成できる負極活物質となり得
る。これらの中でも、コークスは低コストであり比較的
容量も大きいという利点があり、この点を考慮すれば、
コークスを用いるのが望ましい。コークスを用いる場合
には、(002)面の面間隔d002が3.4Å以上であ
り、c軸方向の結晶子厚みLcが30Å以下のものを用
いるのがよい。
The easily graphitizable carbon is generally made from tar pitch obtained from petroleum or coal, and includes coke,
MCMB, mesophase pitch-based carbon fiber, pyrolytic vapor growth carbon fiber, and the like. An organic compound fired body such as a phenol resin can also be used. Since graphitizable carbon is an inexpensive carbon material, it can be a negative electrode active material that can constitute a lithium secondary battery that is excellent in cost. Among them, coke has the advantages of low cost and relatively large capacity, and considering this point,
It is desirable to use coke. When coke is used, it is preferable to use one having a (002) plane spacing d 002 of 3.4 ° or more and a crystallite thickness Lc in the c-axis direction of 30 ° or less.

【0025】難黒鉛化性炭素とは、いわゆるハードカー
ボンと呼ばれるもので、ガラス状炭素に代表される非晶
質に近い構造をもつ炭素材料である。一般的に熱硬化性
樹脂を炭素化して得られる材料であり、熱処理温度を高
くしても黒鉛構造が発達しない材料である。難黒鉛化性
炭素には安全性が高く、比較的低コストであるという利
点があり、この点を考慮すれば、難黒鉛化性炭素を負極
活物質として用いるのが望ましい。具体的には、例え
ば、フェノール樹脂焼成体、ポリアクリロニトリル系炭
素繊維、擬等方性炭素、フルフリルアルコール樹脂焼成
体等を用いることができる。より望ましくは、(00
2)面の面間隔d002が3.6Å以上であり、c軸方向
の結晶子厚みLcが100Å以下のものを用いるのがよ
い。
The non-graphitizable carbon is a so-called hard carbon, and is a carbon material having a structure close to amorphous, such as glassy carbon. Generally, it is a material obtained by carbonizing a thermosetting resin, and does not develop a graphite structure even when the heat treatment temperature is increased. The non-graphitizable carbon has the advantages of high safety and relatively low cost. In view of this, it is desirable to use non-graphitizable carbon as the negative electrode active material. Specifically, for example, a phenol resin fired body, a polyacrylonitrile-based carbon fiber, pseudo isotropic carbon, a furfuryl alcohol resin fired body, or the like can be used. More preferably, (00
2) It is preferable to use those having a plane spacing d 002 of 3.6 ° or more and a crystallite thickness Lc in the c-axis direction of 100 ° or less.

【0026】上記、黒鉛、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性
炭素等は、1種のものを単独で用いることもでき、ま
た、2種以上を混合して用いることもできる。2種以上
を混合させる態様としては、例えば、過充電時の安全性
を確保しつつ、正極活物質であるリチウム遷移金属複合
酸化物に吸蔵・放出されるリチウム量を制限してサイク
ル特性をより良好なものとする目的で、黒鉛と難黒鉛化
性炭素、易黒鉛化性炭素等の黒鉛化の進んでいない炭素
材料とを混合物する場合が例示できる。なお、黒鉛と黒
鉛化の進んでいない炭素質材料との混合物を負極活物質
に用いる場合、両者の混合比は、サイクル特性と放電容
量とのバランスにより決定すればよい。
The above-mentioned graphite, easily graphitizable carbon, hardly graphitizable carbon and the like can be used alone or as a mixture of two or more kinds. As an embodiment in which two or more kinds are mixed, for example, while securing safety at the time of overcharging, the amount of lithium absorbed and released by the lithium transition metal composite oxide as the positive electrode active material is limited to improve cycle characteristics. For the purpose of improving the quality, a case where graphite is mixed with a non-graphitizable carbon material such as non-graphitizable carbon and easily graphitizable carbon can be exemplified. When a mixture of graphite and a non-graphitized carbonaceous material is used for the negative electrode active material, the mixing ratio of the two may be determined by the balance between cycle characteristics and discharge capacity.

【0027】負極は、上記炭素材料の粉状体に結着剤を
混合し、必要に応じて適当な溶剤を加えて、ペースト状
の負極合材としたものを、正極同様、銅等の金属箔製の
集電体表面に塗布、乾燥し、その後必要に応じプレス等
にて負極合材の密度を高めることによって形成する。結
着剤としては、正極同様、ポリフッ化ビニリデン等の含
フッ素樹脂等を、溶剤としてはN−メチル−2−ピロリ
ドン等の有機溶剤を用いることができる。
The negative electrode is prepared by mixing a binder into the above carbon material powder, adding an appropriate solvent if necessary, and forming a paste-like negative electrode mixture, like the positive electrode, into a metal such as copper. It is formed by coating and drying on the surface of a current collector made of foil, and then increasing the density of the negative electrode mixture by pressing or the like as necessary. Like the positive electrode, a fluorine-containing resin such as polyvinylidene fluoride can be used as the binder, and an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as the solvent.

【0028】形成された正極および負極は、活物質粒子
(正極の場合は導電材粒子をも含む)が、結着剤で結着
されているが、その形成工程で結着剤中または結着剤と
活物質粒子との間に、微少な空間を生じている。この空
間は、後に詳しく説明する非水電解液が含浸させられる
空間となる。
In the formed positive electrode and negative electrode, active material particles (including conductive material particles in the case of the positive electrode) are bound with a binder. A minute space is created between the agent and the active material particles. This space is a space to be impregnated with a non-aqueous electrolyte, which will be described in detail later.

【0029】正極と負極の間には、正極と負極とを分離
し電解液を保持する役割を果たすセパレータを挟装させ
る。このセパレータには、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン等の薄い微多孔膜を用いることができる。
Between the positive electrode and the negative electrode, a separator serving to separate the positive electrode and the negative electrode and hold the electrolytic solution is interposed. As this separator, a thin microporous film such as polyethylene or polypropylene can be used.

【0030】非水電解液は、電解質としてのリチウム塩
を有機溶媒に溶解させたものである。リチウム塩は有機
溶媒に溶解することによって解離し、リチウムイオンと
なって電解液中に存在する。使用できるリチウム塩とし
ては、LiBF4、LiPF6、LiClO4、LiCF3
SO3、LiAsF6、LiN(CF3SO22、LiN
(C25SO22等が挙げられる。これらのリチウム塩
は、それぞれ単独で用いてもよく、また、これらのもの
のうち2種以上のものを併用することもできる。
The non-aqueous electrolyte is obtained by dissolving a lithium salt as an electrolyte in an organic solvent. The lithium salt is dissociated by dissolving in an organic solvent and forms lithium ions in the electrolyte. Examples of usable lithium salts include LiBF 4 , LiPF 6 , LiClO 4 , and LiCF 3
SO 3 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN
(C 2 F 5 SO 2 ) 2 and the like. Each of these lithium salts may be used alone, or two or more of these lithium salts may be used in combination.

【0031】リチウム塩を溶解させる有機溶媒には、非
プロトン性の有機溶媒を用いる。例えば、環状カーボネ
ート、鎖状カーボネート、環状エステル、環状エーテル
あるいは鎖状エーテルの1種または2種以上からなる混
合溶媒を用いることができる。環状カーボネートの例示
としては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、ビニレンカーボネート等
が、鎖状カーボネートの例示としてはジメチルカーボネ
ート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネー
ト等が、環状エステルの例示としてはガンマブチロラク
トン、ガンマバレロラクトン等が、環状エーテルの例示
としてはテトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロ
フラン等が、鎖状エーテルの例示としてはジメトキシエ
タン、エチレングリコールジメチルエーテル等がそれぞ
れ挙げられる。
An aprotic organic solvent is used as the organic solvent for dissolving the lithium salt. For example, a mixed solvent of one or more of cyclic carbonate, chain carbonate, cyclic ester, cyclic ether or chain ether can be used. Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate.Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate.Examples of the cyclic ester include gamma butyrolactone and gamma valero. Examples of lactones and cyclic ethers include tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran, and examples of chain ethers include dimethoxyethane and ethylene glycol dimethyl ether.

【0032】以上のもので構成されるリチウム二次電池
であるが、その形状は円筒型、積層型、コイン型等、種
々のものとすることができる。いずれの形状を採る場合
であっても、正極および負極にセパレータを挟装させ電
極体とする。そして正極集電体および負極集電体から外
部に通ずる正極端子および負極端子までの間を集電用リ
ード等を用いて接続し、この電極体を非水電解液ととも
に電池ケースに密閉する。このような組付け工程を経て
電池が完成させられる。
The lithium secondary battery constituted as described above can have various shapes such as a cylindrical type, a stacked type, a coin type and the like. In any case, the separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode body. The positive electrode terminal and the negative electrode terminal leading to the outside from the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are connected to each other using a current collecting lead or the like, and the electrode body is sealed in a battery case together with the non-aqueous electrolyte. The battery is completed through such an assembly process.

【0033】正極および負極への非水電解液の含浸は、
上記組付け工程において行う。電極体を電池ケースに挿
入した後であってもよく、また、電池ケースとは別の容
器内で電極体に行うものであってもよい。電極に存在す
る上述した微少空間に充分に非水電解液が浸潤するよ
う、含浸は、数回の加圧・減圧を繰り返して行うことが
望ましい。
The impregnation of the nonaqueous electrolyte into the positive electrode and the negative electrode
This is performed in the assembling step. It may be performed after the electrode body is inserted into the battery case, or may be performed on the electrode body in a container different from the battery case. It is desirable that the impregnation is repeated several times of pressurization and decompression so that the nonaqueous electrolyte sufficiently infiltrates the above-mentioned minute space existing in the electrode.

【0034】〈エージング処理の態様〉本発明のエージ
ング処理は、上記の組付けられたリチウム二次電池に対
して行う。「組付けられた」とは、電極体を非水電解液
とともに電池ケースに密閉して電池を完成させた状態の
みをいうのではなく、正極と負極とを積層等して電極体
を形成させた状態をも含むことを意味する。電極体を電
池ケースに収納する前であっても、形成した電極体を、
電池ケース以外の別の容器等にて非水電解液を含浸さ
せ、その容器等内でエージング処理を行うことも可能で
ある。
<Aspect of Aging Treatment> The aging treatment of the present invention is performed on the assembled lithium secondary battery. "Attached" does not mean only the state in which the battery is completed by sealing the electrode body together with the non-aqueous electrolyte in the battery case, but also forms the electrode body by laminating a positive electrode and a negative electrode. It means that it includes the state where it was set. Even before the electrode body is housed in the battery case, the formed electrode body is
It is also possible to impregnate the non-aqueous electrolyte in another container other than the battery case and perform the aging treatment in the container or the like.

【0035】本エージング処理は、その方法を特に限定
するものではない。任意に設定した保存温度に、任意に
設定した保存時間だけ、その電池を低温状態に保持でき
るものであればいかなる方法であっても構わない。
The aging process is not particularly limited. Any method may be used as long as the battery can be kept in a low temperature state at an arbitrarily set storage temperature for an arbitrarily set storage time.

【0036】エージング処理における保存温度は、上記
非水電解液の凍結による作用が発揮できるように、対象
とするリチウム二次電池の電極に含浸させた非水電解液
が凝固する温度以下とする。非水電解液の凝固温度は、
リチウム塩の濃度、非水電解液の有機溶媒の種類によっ
て異なるものとなる。また、2種以上の有機溶媒を混合
した有機溶媒である場合は、凝固開始温度と凝固終了温
度が異なることがあり、この場合は、完全に凝固が完了
する温度以下に保存することが望ましい。
The storage temperature in the aging treatment is lower than the temperature at which the non-aqueous electrolyte impregnated in the electrode of the target lithium secondary battery is solidified so that the function of freezing of the non-aqueous electrolyte can be exerted. The solidification temperature of the non-aqueous electrolyte is
It depends on the concentration of the lithium salt and the type of the organic solvent of the non-aqueous electrolyte. When the organic solvent is a mixture of two or more kinds of organic solvents, the solidification start temperature and the solidification end temperature may be different. In this case, it is desirable to store the solidification at a temperature lower than the temperature at which solidification is completely completed.

【0037】なお、後に詳しく説明する実施例において
は、液体窒素への浸漬を行っているが、この場合の保存
温度は、−196℃程度の低温となっている。液体窒素
での処理は、組付けられた電池をその中に浸漬するだけ
の処理でよく、極めて簡便な方法によって低温状態に保
存できる処理方法となる。
In the embodiment described later in detail, immersion in liquid nitrogen is performed. In this case, the storage temperature is as low as about -196 ° C. The treatment with liquid nitrogen may be a treatment in which the assembled battery is merely immersed therein, and is a treatment method that can be stored in a low temperature state by an extremely simple method.

【0038】エージング処理における保存時間は、保存
温度によって変わるものとなる。この時間は現在のとこ
ろ明らかとしていないが、保存温度が高いほど長時間の
保存を必要とすると考えられる。例えば、上記液体窒素
への浸漬処理の場合、保存時間は1時間以上であること
が望ましい。この場合、1時間未満では、高温サイクル
特性改善の効果は充分に得られない可能性がある。な
お、この場合3時間以上の保存時間とするのがより好適
である。
The storage time in the aging process depends on the storage temperature. Although this time is not clear at present, it is considered that the longer the storage temperature, the longer the storage is required. For example, in the case of the above immersion treatment in liquid nitrogen, the storage time is desirably 1 hour or more. In this case, if the time is less than 1 hour, the effect of improving the high-temperature cycle characteristics may not be sufficiently obtained. In this case, it is more preferable to set the storage time to 3 hours or more.

【0039】エージング処理において、処理を施すリチ
ウム二次電池の充電状態も、高温サイクル特性、内部抵
抗増加率低減の効果に影響を与える。なお、ここで「充
電状態(SOC)」とは、可逆的に充放電可能な電池電
圧の範囲において、その上限となる電池電圧が得られる
充電状態を100%つまり満充電状態とし、下限となる
電池電圧が得られる充電状態を0%つまり空充電状態と
したときの充電状態(SOC:State of Charge)を意
味する。
In the aging treatment, the state of charge of the lithium secondary battery to be treated also affects the high-temperature cycle characteristics and the effect of reducing the internal resistance increase rate. Here, the “state of charge (SOC)” is a lower limit of 100%, that is, a fully charged state, where the upper limit of the battery voltage is obtained in a range of battery voltages that can be charged and discharged reversibly. This means a state of charge (SOC) when the state of charge at which the battery voltage is obtained is 0%, that is, the state of charge is an idle state.

【0040】どの程度の充電状態(SOC)で充電され
たリチウム二次電池をエージング処理するとその効果が
大きいかについては、保存温度、保存時間等との関係に
よっても変化し、現在のところすべての条件を確定的に
することはできていない。例えば、実験から明らかとな
ったことであるが、上述した液体窒素への浸漬処理の場
合は、SOC=60%以上とすることが望ましい。これ
は、負極活物質内にある程度のリチウム量が吸蔵されて
いるあるいは正極活物質内のリチウム量がある程度少な
い状態で冷却処理をした場合に、前述の不安定容量成分
を効果的に減少させることができると考えられるからで
ある。
The degree of the state of charge (SOC) of the lithium secondary battery charged in the aging process is more effective depending on the storage temperature, storage time, and the like. The conditions have not been deterministic. For example, as is evident from experiments, in the case of the above-described immersion treatment in liquid nitrogen, it is desirable that SOC is 60% or more. This is because when the cooling treatment is performed in a state where a certain amount of lithium is occluded in the negative electrode active material or a certain amount of lithium is contained in the positive electrode active material, the aforementioned unstable capacity component is effectively reduced. It is thought that it can be done.

【0041】[0041]

【実施例】上記実施形態に基づく本発明のエージング処
理を評価すべく、実験を行った。この実験の内容および
その評価について、以下に、実施例として記載する。
EXAMPLE An experiment was conducted to evaluate the aging process of the present invention based on the above embodiment. The content of this experiment and its evaluation are described below as examples.

【0042】〈作製したリチウム二次電池〉本実験で使
用したリチウム二次電池を以下に示す。
<Prepared Lithium Secondary Battery> The lithium secondary battery used in this experiment is shown below.

【0043】正極活物質に組成式LiNi0.8Co0.15
Al0.052で表される層状岩塩構造リチウムニッケル
複合酸化物を用いた。LiNi0.8Co0.15Al0.052
は、LiOH・H2O、Ni(OH)2、Co34、Al
(OH)3をそれぞれ所定量混合し、酸素気流中で85
0℃の温度で、20時間焼成することによって合成し
た。 正極は、まず、このLiNi0.8Co0.15Al
0.052の85重量部に、導電材としてアセチレンブラ
ック(HS−100:電気化学工業製)を10重量部、
結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)(KF
ポリマ:呉羽化学工業製)を5重量部混合し、溶剤とし
て適量のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を加え
てペースト状の正極合材を得、この正極合材を、厚さ2
0μmのアルミニウム箔製正極集電体の両面に塗布、乾
燥し、その後ロールプレスにて圧縮成形して、シート状
のものを作製した。正極シートの大きさは、54mm×
450mmであり、正極合材層の片面あたりの厚さは、
40μmとした。
The positive electrode active material has a composition formula of LiNi 0.8 Co 0.15
A layered rock-salt lithium nickel composite oxide represented by Al 0.05 O 2 was used. LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2
Are LiOH.H 2 O, Ni (OH) 2 , Co 3 O 4 , Al
(OH) 3 are mixed in a predetermined amount, and 85
It was synthesized by firing at a temperature of 0 ° C. for 20 hours. The positive electrode is first made of this LiNi 0.8 Co 0.15 Al
To 85 parts by weight of 0.05 O 2 , 10 parts by weight of acetylene black (HS-100: manufactured by Denki Kagaku Kogyo) as a conductive material,
Polyvinylidene fluoride (PVDF) (KF
5 parts by weight of a polymer: Kureha Chemical Industry), and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent was added to obtain a paste-like positive electrode mixture.
It was applied to both sides of a positive electrode current collector made of 0 μm aluminum foil, dried, and then compression-molded by a roll press to produce a sheet. The size of the positive electrode sheet is 54 mm x
450mm, the thickness per side of the positive electrode mixture layer,
It was 40 μm.

【0044】負極活物質には、人造黒鉛である黒鉛化メ
ソカーボン小球体(MCMB)(MCMB25−28:
大阪ガスケミカル製)を用いた。負極は、まず、このM
CMBの95重量部に、結着剤としてPVDFを5重量
部混合し、溶剤として適量のNMPを加えてペースト状
の負極合材を得、この負極合材を、厚さ10μmの銅箔
製正極集電体の両面に塗布、乾燥し、その後、ロールプ
レスにて圧縮成形して、シート状のものを作製した。負
極シートの大きさは、56mm×500mmであり、負
極合材層の片面あたりの厚さは、50μmとした。
As the negative electrode active material, graphitized mesocarbon microspheres (MCMB) (MCMB25-28:
Osaka Gas Chemicals). The negative electrode is first
To 95 parts by weight of CMB, 5 parts by weight of PVDF was mixed as a binder, and an appropriate amount of NMP was added as a solvent to obtain a paste-like negative electrode mixture. This negative electrode mixture was used as a 10-μm-thick copper foil positive electrode. It was applied to both sides of the current collector, dried, and then compression molded by a roll press to produce a sheet. The size of the negative electrode sheet was 56 mm × 500 mm, and the thickness per side of the negative electrode mixture layer was 50 μm.

【0045】セパレレータには、厚さ25μm微多孔性
ポリエチレンフィルム(東燃タルピス製)を用い、非水
電解液には、エチレンカーボネートとジエチルカーボネ
ートとを体積比1:1に混合した混合溶媒に電解質とし
てLiPF6を1Mの濃度に溶解させたものを用いた。
正極および負極をセパレータを介して捲回し、電極体を
形成させ、この電極体を18650型円筒電池缶に上記
非水電解液とともに密閉して、円筒型のリチウム二次電
池を完成させた。
As the separator, a microporous polyethylene film having a thickness of 25 μm (manufactured by Tonen Talpis) was used. As the non-aqueous electrolyte, a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate at a volume ratio of 1: 1 was used as an electrolyte. LiPF 6 dissolved at a concentration of 1 M was used.
The positive electrode and the negative electrode were wound with a separator interposed therebetween to form an electrode body, and this electrode body was sealed in a 18650 type cylindrical battery can with the above nonaqueous electrolyte to complete a cylindrical lithium secondary battery.

【0046】〈エージング処理〉上記リチウム二次電池
は、エージング条件を種々変更させてエージング処理を
行うため、相当数作製した。作製したそれぞれ電池を、
まず、コンディショニングに供した。コンディショニン
グは、20℃の下、0.2mA/cm2の電流密度で
4.1Vまで定電流充電し、その後、0.2mA/cm
2の電流密度で3.0Vまで定電流放電することによっ
て行った。そのときの放電容量をもってして、SOC=
100%とSOC=0%との充電状態の差分容量に相当
するものとした。
<Aging Treatment> A considerable number of the above lithium secondary batteries were manufactured in order to perform aging treatment under various aging conditions. Each prepared battery,
First, it was subjected to conditioning. Conditioning was performed at 20 ° C. at a current density of 0.2 mA / cm 2 at a constant current of 4.1 V, followed by 0.2 mA / cm 2
The test was performed by discharging at a constant current to 3.0 V at a current density of 2 . With the discharge capacity at that time, SOC =
It was assumed to correspond to the difference capacity between the state of charge of 100% and the state of charge of SOC = 0%.

【0047】次いで、コンディショニングを行った二次
電池に対して、エージング処理を施した。エージング処
理の条件は、充電状態(SOC)を0%、40%、60
%、100%とし、それぞれのSOCの状態において、
保存時間がそれぞれ10分間、1時間、3時間、12時
間となるように、液体窒素(約−196℃)中にそれぞ
れのリチウム二次電池を浸漬して保存するものとした。
Next, the conditioned secondary battery was subjected to an aging treatment. The conditions of the aging process are as follows: the state of charge (SOC) is 0%, 40%, 60%.
% And 100%, and in each SOC state,
Each lithium secondary battery was immersed in liquid nitrogen (about -196 ° C) and stored for 10 minutes, 1 hour, 3 hours, and 12 hours, respectively.

【0048】〈サイクル充放電試験〉エージング処理
後、それぞれの二次電池のサイクル特性を評価すべく充
放電サイクル試験を行った。充放電サイクル試験は電池
の実使用温度範囲の上限と考えられる60℃の温度で行
い、高温サイクル特性について評価するものとした。ま
た充放電サイクル試験は、充電上限電圧4.1V〜放電
下限電圧3.0V、充放電電流密度2.0mA/cm2
の条件で、定電流充電および定電流放電を繰り返すサイ
クルを500サイクルまで繰り返すものとした。
<Cycle charge / discharge test> After the aging treatment, a charge / discharge cycle test was performed to evaluate the cycle characteristics of each secondary battery. The charge / discharge cycle test was performed at a temperature of 60 ° C., which is considered to be the upper limit of the actual operating temperature range of the battery, and the high-temperature cycle characteristics were evaluated. In addition, the charge / discharge cycle test was carried out in a charge upper limit voltage of 4.1 V to a discharge lower limit voltage of 3.0 V and a charge / discharge current density of 2.0 mA / cm 2.
Under the above condition, the cycle of repeating the constant current charging and the constant current discharging was repeated up to 500 cycles.

【0049】この充放電サイクル試験で測定したもの
は、各サイクルにおける放電容量と、各サイクルにおけ
る二次電池の直流抵抗である。二次電池の直流抵抗は、
次式によって求めた。
What was measured in this charge / discharge cycle test was the discharge capacity in each cycle and the DC resistance of the secondary battery in each cycle. The DC resistance of the secondary battery is
It was determined by the following equation.

【0050】直流抵抗=(平均充電電圧−平均放電電
圧)/(2×充放電電流) 〈評価〉上記充放電サイクル試験の代表的な結果とし
て、SOC=100%の状態において12時間液体窒素
中に保存してエージング処理したリチウム二次電池の、
正極活物質単位重量当たりの放電容量のサイクル依存性
を図1に、電池直流抵抗のサイクル依存性を図2に示
す。なお、図1および図2にはエージング処理を行わな
かった二次電池の依存性をも合わせて掲載してある。
DC resistance = (average charge voltage−average discharge voltage) / (2 × charge / discharge current) <Evaluation> As a typical result of the above charge / discharge cycle test, SOC = 100% in liquid nitrogen for 12 hours Of a lithium secondary battery stored and aged,
FIG. 1 shows the cycle dependency of the discharge capacity per unit weight of the positive electrode active material, and FIG. 2 shows the cycle dependency of the battery DC resistance. 1 and 2 also show the dependence of the secondary battery on which the aging process was not performed.

【0051】エージング処理を行わなかった二次電池の
場合は、初期放電容量(1サイクル目の放電容量)が正
極活物質単位重量当たり144mAh/gで、その後サ
イクルを経るにつれ放電容量が減少し、500サイクル
後の容量維持率(500サイクル目の放電容量/初期放
電容量×100)は、約60%になってしまう。また、
直流抵抗については、初期抵抗値(1サイクル目の抵抗
値)に対して、500サイクル後の抵抗値は約120%
も増加している。
In the case of the secondary battery not subjected to the aging treatment, the initial discharge capacity (discharge capacity at the first cycle) is 144 mAh / g per unit weight of the positive electrode active material, and the discharge capacity decreases as the cycle proceeds thereafter. The capacity retention rate after 500 cycles (discharge capacity at 500th cycle / initial discharge capacity × 100) is about 60%. Also,
As for the DC resistance, the resistance value after 500 cycles is about 120% of the initial resistance value (the resistance value in the first cycle).
Has also increased.

【0052】これに対して、SOC=100%の状態に
おいて12時間液体窒素中に保存してエージング処理し
た二次電池は、初期放電容量は132mAh/gであ
り、エージング処理を行わなかったものと比較して約8
%低下するものとなっているが、その後サイクルを経て
も放電容量の低下が小さく、500サイクル後の容量維
持率は約80%に向上する。また、サイクルを経るにつ
れて生じる直流抵抗の増加も小さく、500サイクル後
の抵抗値は、初期抵抗値に対して約40%の増加にとど
まっている。
On the other hand, the secondary battery which was stored in liquid nitrogen for 12 hours in the state of SOC = 100% and aged was found to have an initial discharge capacity of 132 mAh / g and not subjected to the aging process. About 8 in comparison
%, But the decrease in the discharge capacity is small even after the subsequent cycles, and the capacity retention rate after 500 cycles is improved to about 80%. In addition, the increase in DC resistance that occurs as the cycle proceeds is small, and the resistance value after 500 cycles is only about 40% of the initial resistance value.

【0053】この結果から明らかなように、リチウム二
次電池に低温でのエージング処理を施すことで、初期放
電容量は減少するものの、サイクルの進行に伴う容量低
下が大きく抑制され、遂にはエージング処理を施さない
リチウム二次電池の放電容量を上回ることが判る。さら
に、電池直流抵抗の増加についても、このエージング処
理を施すことにより、大きく抑制されることが判る。し
たがって、このエージング処理は、リチウム二次電池に
おいて、サイクル特性を改善するものであることが確認
でき、また、60℃という高温で充放電サイクル試験を
行っていることから、特に、高温サイクル特性について
改善することのできるものであることが確認できる。
As is clear from these results, by subjecting the lithium secondary battery to the aging treatment at a low temperature, although the initial discharge capacity is reduced, a decrease in the capacity with the progress of the cycle is greatly suppressed. It can be seen that the discharge capacity exceeds the discharge capacity of the lithium secondary battery not subjected to the heat treatment. Further, it can be seen that the increase in the DC resistance of the battery is greatly suppressed by performing the aging process. Therefore, it can be confirmed that this aging treatment improves the cycle characteristics of the lithium secondary battery, and the charge / discharge cycle test is performed at a high temperature of 60 ° C. It can be confirmed that it can be improved.

【0054】次に、各エージング条件でエージング処理
したリチウム二次電池に対する充放電サイクル試験の結
果として、それぞれのリチウム二次電池の正極活物質単
位重量当たりの初期放電容量、500サイクル後の容量
維持率、500サイクル後の直流抵抗増加率を、下記表
1にまとめて示す。
Next, as a result of the charge / discharge cycle test for the lithium secondary batteries aged under the respective aging conditions, the initial discharge capacity per unit weight of the positive electrode active material of each lithium secondary battery and the capacity maintenance after 500 cycles The rate and the DC resistance increase rate after 500 cycles are summarized in Table 1 below.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【0056】上記表1から判るように、いずれの条件に
おいても、低温でのエージング処理による効果が得られ
ている。特に、SOC=60%以上の充電状態で、1時
間以上のエージング処理を行った場合にその効果が大き
く、さらに、3時間以上でより効果が大きいことが確認
できる。
As can be seen from Table 1, the effect of the aging treatment at a low temperature is obtained under any of the conditions. In particular, it can be confirmed that the effect is large when the aging process is performed for 1 hour or more in the state of charge of SOC = 60% or more, and that the effect is more significant when the aging process is performed for 3 hours or more.

【0057】次に、微分容量曲線からサイクル特性が改
善される原因について探る。図3に、代表的な例とし
て、SOC=100%の状態において12時間液体窒素
中に保存してエージング処理したリチウム二次電池の、
エージング処理前後における充放電カーブの微分容量曲
線を示す。
Next, the cause of the improvement in the cycle characteristics will be investigated from the differential capacity curve. FIG. 3 shows a typical example of a lithium secondary battery that has been stored and aged in liquid nitrogen for 12 hours at a state of SOC = 100%.
3 shows a differential capacity curve of a charge / discharge curve before and after an aging process.

【0058】図3から明らかなように、低温でのエージ
ング処理によって、電池電圧3.5〜3.9V領域の充
電容量が減少していることが判る。事前検討によって、
60℃の高温サイクルにおける電池容量の低下は、正極
活物質の構造変化つまり正極活物質自体の劣化による
3.5〜3.9V領域の充電容量の減少であることが確
認されている。この結果から、低温のエージング処理に
よれば、この領域の容量成分を予め減少させることがで
き、以後の高温充放電サイクル時の容量変化を小さくす
ることができると考えられる。したがって、微分容量曲
線からも、本発明のエージング処理方法は、リチウム二
次電池の電池特性の経時変化を小さくすることのできる
処理方法であることが裏付けられる。
As is apparent from FIG. 3, the aging treatment at a low temperature reduces the charge capacity in the battery voltage range of 3.5 to 3.9 V. By preliminary examination,
It has been confirmed that the decrease in the battery capacity in the high-temperature cycle at 60 ° C. is a decrease in the charge capacity in the 3.5 to 3.9 V region due to a structural change of the positive electrode active material, that is, deterioration of the positive electrode active material itself. From these results, it is considered that the low-temperature aging treatment can reduce the capacity component in this region in advance, and can reduce the change in capacity during the subsequent high-temperature charge / discharge cycle. Therefore, the differential capacity curve also supports that the aging treatment method of the present invention is a treatment method capable of reducing the change over time of the battery characteristics of the lithium secondary battery.

【0059】[0059]

【発明の効果】本発明のエージング処理は、リチウム二
次電池において、組付けられた電池を、該非水電解液が
凝固する温度以下に保存するものである。このようなエ
ージング処理を施すことで、不安定容量成分が予め消滅
させられ、また、非水電解液の凍結によって電極の膨潤
が抑制される。その結果、本エージング処理を施したリ
チウム二次電池は、その後高温下で繰り返される充放電
によっても、その放電容量を低下が抑制され、また、そ
の内部抵抗の上昇が抑制され、電池特性の経時変化の小
さなリチウム二次電池となる。
According to the aging treatment of the present invention, in a lithium secondary battery, the assembled battery is stored at a temperature lower than a temperature at which the nonaqueous electrolyte solidifies. By performing such an aging treatment, the unstable capacity component is eliminated in advance, and swelling of the electrode is suppressed by freezing of the non-aqueous electrolyte. As a result, in the lithium secondary battery subjected to the aging treatment, the discharge capacity is suppressed from being reduced even by repeated charge and discharge at a high temperature thereafter, the increase in the internal resistance is suppressed, and the battery characteristic over time is suppressed. A lithium secondary battery with small changes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 SOC=100%の状態において12時間液
体窒素中に保存してエージング処理したリチウム二次電
池の、正極活物質単位重量当たりの放電容量のサイクル
依存性を示す。
FIG. 1 shows the cycle dependence of the discharge capacity per unit weight of a positive electrode active material of a lithium secondary battery stored in liquid nitrogen for 12 hours under an SOC of 100% and aged.

【図2】 SOC=100%の状態において12時間液
体窒素中に保存してエージング処理したリチウム二次電
池の、電池直流抵抗のサイクル依存性を示す。
FIG. 2 shows the cycle dependence of the battery DC resistance of a lithium secondary battery that has been stored in liquid nitrogen for 12 hours and subjected to aging treatment at an SOC of 100%.

【図3】 SOC=100%の状態において12時間液
体窒素中に保存してエージング処理したリチウム二次電
池の、エージング処理前後における充放電カーブの微分
容量曲線を示す。
FIG. 3 shows a differential capacity curve of a charge / discharge curve before and after an aging treatment of a lithium secondary battery stored in liquid nitrogen for 12 hours in an SOC = 100% state and subjected to an aging treatment.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H014 AA02 BB00 EE08 EE10 HH08 5H029 AJ05 AK03 AL06 AM03 AM04 AM05 AM07 CJ00 CJ13 HJ14 HJ19  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5H014 AA02 BB00 EE08 EE10 HH08 5H029 AJ05 AK03 AL06 AM03 AM04 AM05 AM07 CJ00 CJ13 HJ14 HJ19

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リチウム遷移金属複合酸化物からなる正
極活物質を正極結着剤で結着させて形成した正極と、炭
素材料からなる負極活物質を負極結着剤で結着させて形
成した負極と、非水電解液とを備えてなるリチウム二次
電池のエージング処理方法であって、 前記正極と前記負極を対向させ該正極および該負極とに
前記非水電解液を含浸させることによって組付けられた
電池を、該非水電解液が凝固する温度以下に保存するこ
とを特徴とするリチウム二次電池のエージング処理方
法。
1. A positive electrode formed by binding a positive electrode active material comprising a lithium transition metal composite oxide with a positive electrode binder, and a negative electrode active material comprising a carbon material by binding with a negative electrode binder. An aging treatment method for a lithium secondary battery comprising a negative electrode and a non-aqueous electrolyte, wherein the positive electrode and the negative electrode are opposed to each other, and the positive electrode and the negative electrode are impregnated with the non-aqueous electrolyte. An aging treatment method for a lithium secondary battery, wherein the attached battery is stored at a temperature lower than a temperature at which the nonaqueous electrolyte solidifies.
【請求項2】 前記組付けられた電池は予備充電されて
おり、該電池の充電状態(SOC)が60%以上である
請求項1に記載のリチウム二次電池のエージング処理方
2. The aging treatment method for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the assembled battery is precharged, and a state of charge (SOC) of the battery is 60% or more.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002319435A (en) * 2001-04-19 2002-10-31 Sony Corp Nonaqueous electrolyte secondary cell and manufacturing method of the same
JP2003017056A (en) * 2001-07-02 2003-01-17 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Lithium transition-metal compound oxide for positive electrode active material for lithium secondary battery, and lithium secondary battery using the same

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