JP2013020782A - リチウムイオン二次電池の作動方法及び電池装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電池のサイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池の作動方法及び電池装置を提供する。
【解決手段】 リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質をもつ正極と、リチウムイオンを吸蔵・放出可能であって珪素又は/及び珪素化合物からなる負極活物質をもつ負極と、電解液とを備えている。リチウムイオン二次電池を、少なくとも充電時に40℃以上60℃以下の温度に調整する。
【選択図】 図1
Description
リチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、セパレータと、電解液とからなる。
Si系負極を用いたリチウムイオン二次電池は、少なくとも充電時に40℃以上60℃以下の温度に調整する。Si系負極を用いたリチウムイオン二次電池は、好ましくは45℃以上60℃以下、更には50℃以上60℃以下の温度に調整するとよい。Si系負極を用いたリチウムイオン二次電池に40℃以上60℃以下の温度条件下で少なくとも充電を行うことにより、負極活物質粒子の表面に比較的薄く安定なSEI被膜(以下、被膜という。)が形成される。即ち、負極活物質で構成されたコア部と、コア部の表面を被覆する被膜とからなる被覆粒子が形成される。被膜は、Liイオンが通過可能な絶縁膜である。被膜は、例えば、電解液中の成分がコア部を構成する珪素と接触することで分解しその分解生成物がコア部の表面に付着することで生成される。
被膜の中には、フッ化リチウムのほかに、負極活物質の成分である珪素又は/及び珪素化合物や、電解液の成分などを含んでいても良い。この場合、被膜中のフッ化リチウムの含有量は、被膜の厚み方向に均一であっても良いし、被膜の厚み方向に勾配があってもよい。後者の場合には、コア部と被膜の界面が最もフッ化リチウムの含有量が多く、被膜の厚み方向外側に向かって徐々にフッ化リチウムの含有量が少なくなる場合が多いと考えられる。
本発明の電池装置は、上記リチウムイオン二次電池と、リチウムイオン二次電池を少なくとも充電時に40℃以上60℃以下の温度に調整する温度調整手段とを備える。
本装置は、リチウムイオン二次電池と温度調整手段とを備える電池装置である。
上記電池装置について、リチウムイオン二次電池のコンディショニング処理を行った後に、充放電を繰り返す作動試験を行った。
本実験では、電池のコンディショニング処理時及び作動試験時の温度がサイクル特性に与える影響を調べた。上記電池装置の電池のコンディショニング処理時の温度及び作動試験時の温度がともに25℃である場合を装置4とし、コンディショニング処理時の温度が25℃、サイクル試験時の温度が45℃である場合を装置5とし、コンディショニング処理時の温度が45℃、サイクル試験時の温度が25℃である場合を装置6とした。
本実験では、電池のコンディショニング処理時の温度と、コンディショニング処理の前後での活物質の質量及び厚みの変化を測定した。上記電池装置についてコンディショニング処理を25℃、45℃、55℃で行い、順に装置7,装置8、装置9とした。コンディショニング処理の充放電条件は、上記実験1と同様とした。各装置についてコンディショニング処理前後での正極及び負極の質量変化率と厚さ変化率を測定した。
本実験では、電池の作動試験時の温度と、作動試験で500サイクル充放電後の質量変化率及び厚さ変化率を測定した。上記電池装置について25℃の温度でコンディショニング処理を行った後に、充放電を繰り返す作動試験を行った。コンディショニング処理の充放電条件は、上記実験1と同様とした。コンディショニング処理後の作動試験時の充放電条件は、上記実験1と同様とし、電池の保温温度を25℃、45℃、55℃に変化させた。電池の保温温度が、25℃、45℃、55℃の順に装置10、装置11、装置12とした。各装置について作動試験前と、作動試験の中で500回充放電を繰り返した後とで、正極及び負極の質量変化率と厚さ変化率を測定した。質量変化率及び厚さ変化率は、上記実験3と同様の手法により算出した。その結果を表1に示し、正極及び負極の質量変化率を図5に示し、厚さ変化率を図6に示した。
Claims (4)
- リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質をもつ正極と、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な珪素又は/及び珪素化合物からなる負極活物質をもつ負極と、電解液とを備えたリチウムイオン二次電池を、少なくとも充電時に40℃以上60℃以下の温度に調整することを特徴とするリチウムイオン二次電池の作動方法。
- 前記リチウムイオン二次電池を少なくとも充電時に45℃以上60℃以下の温度に調整する請求項1記載のリチウムイオン二次電池の作動方法。
- 前記リチウムイオン二次電池には、初期充放電の際に、35℃以上80℃以下の温度に調整する請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池の作動方法。
- リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質をもつ正極と、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な珪素又は/及び珪素化合物からなる負極活物質をもつ負極と、電解液とを備えたリチウムイオン二次電池、
並びに前記リチウムイオン二次電池を少なくとも充電時に40℃以上60℃以下の温度に調整する温度調整手段、を備えることを特徴とする電池装置。
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