JP2020035566A - Reuse method of non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解液二次電池の再利用方法に関する。 The present invention relates to a method for reusing a non-aqueous electrolyte secondary battery.
リチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池は、軽量で高いエネルギー密度が得られることから、パソコンや携帯端末等のポータブル電源、あるいはEV(電気自動車)、HV(ハイブリッド自動車)、PHV(プラグインハイブリッド自動車)等の車両駆動用電源として広く用いられている。非水電解液二次電池の性能は、充放電が行われる過程で低下する場合があるので、低下した電池性能を回復できることが望ましい。例えば、特許文献1に記載されている非水電解液二次電池の再生方法では、非水電解液二次電池の少なくとも一部が開口された後、極板の表面に形成された被膜を除去する被膜除去剤が開口部分から内部に添加されることで、電池性能の回復が図られている。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are lightweight and have high energy densities. Therefore, portable power sources such as personal computers and portable terminals, or EVs (electric vehicles), HVs (hybrid vehicles), and PHVs (Plug-in hybrid vehicles) are widely used as power sources for driving vehicles. Since the performance of the non-aqueous electrolyte secondary battery may decrease in the course of charging and discharging, it is desirable to be able to recover the reduced battery performance. For example, in the method for regenerating a non-aqueous electrolyte secondary battery described in Patent Document 1, after at least a part of the non-aqueous electrolyte secondary battery is opened, a film formed on the surface of the electrode plate is removed. The recovery of the battery performance is achieved by adding the film removing agent to the inside from the opening.
非水電解液二次電池では、高温または高電圧で保存されている間に、非水電解液が分解されて気泡が発生し、発生した気泡が電極間(即ち、電極体内部)に停滞する場合がある。電極間に気泡が停滞すると、電極間の距離のばらつき、または反応のばらつきの影響で電流集中が起こり、非水電解液中のイオン(例えばリチウムイオン等)が金属として負極上に析出する可能性がある。負極上での金属の析出は、電池性能の低下に繋がる場合もある。従って、電極間に停滞している気泡を除去することで、電池性能が低下することを抑制することが好ましい。また、電極体および非水電解液が電池ケースに密閉された状態を維持したまま、電極間から気泡を除去できることが望ましい。 In a non-aqueous electrolyte secondary battery, while stored at high temperature or high voltage, the non-aqueous electrolyte is decomposed to generate bubbles, and the generated bubbles stagnate between the electrodes (that is, inside the electrode body). There are cases. If air bubbles stagnate between the electrodes, current concentration may occur due to variations in the distance between the electrodes or variations in the reaction, and ions (eg, lithium ions) in the non-aqueous electrolyte may precipitate as metals on the negative electrode. There is. Deposition of metal on the negative electrode may lead to a decrease in battery performance. Therefore, it is preferable to suppress the deterioration of the battery performance by removing the bubbles stagnating between the electrodes. In addition, it is desirable that bubbles can be removed from between the electrodes while maintaining the state in which the electrode body and the non-aqueous electrolyte are sealed in the battery case.
本発明の典型的な目的は、電極体および非水電解液が電池ケースに密閉された状態を維持したまま、電極間に停滞している気泡を適切に除去し、電池性能の低下を抑制することが可能な非水電解液二次電池の再利用方法を提供することである。 A typical object of the present invention is to appropriately remove bubbles stagnating between electrodes while maintaining a state in which an electrode body and a non-aqueous electrolyte are sealed in a battery case, and to suppress a decrease in battery performance. It is an object of the present invention to provide a method for recycling a non-aqueous electrolyte secondary battery.
かかる目的を実現するべく、ここに開示される一態様の非水電解液二次電池の再利用方法は、正極体、負極体、および、該正極体と該負極体との間に介在するセパレータを有する電極体と、非水電解液と、前記電極体および前記非水電解液を内部に収容する電池ケースと、を備えた非水電解液二次電池の再利用方法であって、前記電極体および前記非水電解液が前記電池ケースの内部に密閉された状態の前記非水電解液二次電池を、前記非水電解液の凝固点未満の温度に冷却する冷却工程と、前記冷却工程によって前記凝固点未満の温度まで冷却された前記非水電解液二次電池を、前記凝固点以上の温度に昇温させ、前記電極体の内部の前記非水電解液内に存在していた気泡が前記電極体の外部へ排出された状態とする昇温工程と、
を含むことを特徴とする。
In order to achieve such an object, a method of recycling a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment disclosed herein includes a positive electrode body, a negative electrode body, and a separator interposed between the positive electrode body and the negative electrode body. A non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte, and a battery case containing the electrode body and the non-aqueous electrolyte therein, and a method for reusing a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising: A cooling step of cooling the non-aqueous electrolyte secondary battery in a state in which the body and the non-aqueous electrolyte are sealed inside the battery case, to a temperature lower than a freezing point of the non-aqueous electrolyte; and The non-aqueous electrolyte secondary battery cooled to a temperature lower than the freezing point is heated to a temperature equal to or higher than the freezing point, and the bubbles existing in the non-aqueous electrolyte inside the electrode body are reduced in the electrode. A temperature-raising step to be discharged to the outside of the body,
It is characterized by including.
本開示に係る非水電解液二次電池の再利用方法によると、冷却工程によって非水電解液が凝固されて体積が収縮し、セパレータおよび電極に保持されることで、気泡を電極間(例えば、電極体中に存在する非水電解液内)から外部へ排出させる経路が生成される。その後、昇温工程によって非水電解液が昇温されることで、気泡が電極間から外部へ排出された状態となる。従って、電極体および非水電解液が電池ケースに密閉された状態が維持されたまま、電極間に滞在していた気泡が除去される。その結果、電池性能が低下することが抑制される。 According to the method for reusing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present disclosure, the nonaqueous electrolyte is solidified by the cooling step and contracts in volume, and is held by the separator and the electrodes, so that bubbles are generated between the electrodes (for example, In addition, a path is created for discharging from the non-aqueous electrolyte present in the electrode body to the outside. Thereafter, the temperature is raised in the non-aqueous electrolyte in the temperature raising step, so that air bubbles are discharged to the outside from between the electrodes. Therefore, the air bubbles that have stayed between the electrodes are removed while the state in which the electrode body and the non-aqueous electrolyte are sealed in the battery case is maintained. As a result, a decrease in battery performance is suppressed.
以下、本開示における典型的な実施形態の1つについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚み等)は実際の寸法関係を反映するものではない。 Hereinafter, one of exemplary embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Matters other than those specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation can be understood as design matters of those skilled in the art based on conventional techniques in the field. The present invention can be implemented based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field. In the following drawings, members / parts having the same function are denoted by the same reference numerals. The dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect actual dimensional relationships.
本明細書において、「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス一般を指す用語であって、一次電池および二次電池を含む概念である。「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池(すなわち化学電池)の他、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ(すなわち物理電池)を包含する。以下、非水電解液二次電池の一種である扁平角形のリチウムイオン二次電池を例示して、本開示に係る非水電解液二次電池の再利用方法について詳細に説明する。ただし、本開示に係る非水電解液二次電池の再利用方法を、以下の実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。 In this specification, the term “battery” is a term generally indicating a power storage device capable of extracting electric energy, and is a concept including a primary battery and a secondary battery. “Secondary battery” refers to a general storage device that can be repeatedly charged and discharged, and includes a so-called storage battery (ie, a chemical battery) such as a lithium ion secondary battery, a nickel hydride battery, and a nickel cadmium battery, as well as an electric double layer capacitor. Includes capacitors (ie, physical batteries). Hereinafter, a method for reusing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present disclosure will be described in detail by exemplifying a flat rectangular lithium ion secondary battery that is a kind of nonaqueous electrolyte secondary battery. However, the method for reusing the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present disclosure is not intended to be limited to the method described in the following embodiment.
<非水電解液二次電池の構成>
図1に示す非水電解液二次電池1は、電極体20、非水電解液10(図3および図5参照)、および電池ケース30を備えた密閉型のリチウムイオン二次電池である。電池ケース30は、電極体20および非水電解液10を内部に密閉した状態で収容する。本実施形態における電池ケース30の形状は、扁平な角形である。電池ケース30は、一端に開口部を有する箱型の本体31と、該本体の開口部を塞ぐ板状の蓋体32を備える。電池ケース30(詳細には、電池ケース30の蓋体32)には、外部接続用の正極端子42および負極端子44と、安全弁36とが設けられている。安全弁36は、電池ケース30の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に開裂し、該内圧を開放する。また、電池ケース30には、非水電解液10を内部に注入するための注入口(図示せず)が設けられている。電池ケース30の材質としては、例えば、アルミニウム等の軽量で熱伝導性の良い金属材料が用いられる。ただし、電池ケースの構成を変更することも可能である。例えば、電池ケースとして、可撓性を有するラミネートが用いられてもよい。また、電池ケースの形状は、角形以外の形状(例えば円筒状等)であってもよい。
<Configuration of non-aqueous electrolyte secondary battery>
The non-aqueous electrolyte secondary battery 1 shown in FIG. 1 is a sealed lithium ion secondary battery including an
図2に示すように、本実施形態の電極体20には、長尺状の正極体(正極シート)50、長尺状の負極体(負極シート)60、および、2枚の長尺状のセパレータ(セパレータシート)70が重ね合わされて長手方向に捲回された捲回電極体が採用されている。詳細には、正極体50では、長尺状の正極集電体52の片面または両面(本実施形態では両面)に、長手方向に沿って正極活物質層54が形成されている。負極体60では、長尺状の負極集電体62の片面または両面(本実施形態では両面)に、長手方向に沿って負極活物質層64が形成されている。なお、電極体20の捲回軸方向(上記長手方向に直交するシート幅方向)の両側から外方にはみ出すように形成された、正極活物質層非形成部分52A(即ち、正極活物質層54が形成されずに正極集電体52が露出した部分)と、負極活物質層非形成部分62A(即ち、負極活物質層64が形成されずに負極集電体62が露出した部分)には、それぞれ、正極集電板42Aおよび負極集電板44Aが接合されている。正極集電板42Aには正極端子42(図1参照)が電気的に接続され、負極集電板44Aには負極端子44(図1参照)が電気的に接続されている。なお、電極体の構成を変更することも可能である。例えば、捲回電極体の代わりに積層型の電極体が用いられてもよい。
As shown in FIG. 2, the
電極体50の正負極を構成する材料、部材は、従来の一般的な非水電解液二次電池に用いられるものと同様のものを制限なく使用可能である。例えば、正極集電体52には、この種の非水電解液二次電池の正極集電体として用いられるものを特に制限なく使用し得る。典型的には、良好な導電性を有する金属製の正極集電体が好ましい。例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等の金属材を正極集電体52として採用できる。特にアルミニウム(例えばアルミニウム箔)が好ましい。正極活物質層54の正極活物質としては、例えば層状構造やスピネル構造等のリチウム複合金属酸化物(例えば、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNiO2、LiCoO2、LiFeO2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4,LiCrMnO4、LiFePO4等)が挙げられる。正極活物質層54は、正極活物質と必要に応じて用いられる材料(導電材、バインダ等)とを適当な溶媒(例えばN−メチル−2−ピロリドン:NMP)に分散させ、ペースト状(またはスラリー状)の組成物を調製し、該組成物の適当量を正極集電体52の表面に付与し、乾燥することによって形成することができる。
Materials and members constituting the positive and negative electrodes of the
負極集電体62には、この種の非水電解液二次電池の負極集電体として用いられるものを特に制限なく使用し得る。典型的には、良好な導電性を有する金属製の負極集電体が好ましく、例えば、銅(例えば銅箔)や銅を主体とする合金を用いることができる。負極活物質層64の負極活物質としては、例えば、少なくとも一部にグラファイト構造(層状構造)を含む粒子状(或いは球状、鱗片状)の炭素材料、リチウム遷移金属複合酸化物(例えば、Li4Ti5O12等のリチウムチタン複合酸化物)、リチウム遷移金属複合窒化物等が挙げられる。負極活物質層64は、負極活物質と必要に応じて用いられる材料(バインダ等)とを適当な溶媒(例えばイオン交換水)に分散させ、ペースト状(またはスラリー状)の組成物を調製し、該組成物の適当量を負極集電体62の表面に付与し、乾燥することによって形成することができる。
As the negative electrode
セパレータ70としては、従来公知の多孔質シートからなるセパレータを特に制限なく使用することができる。例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂から成る多孔質シート(フィルム、不織布等)が挙げられる。かかる多孔質シートは、単層構造であってもよく、二層以上の複数構造(例えば、PE層の両面にPP層が積層された三層構造)であってもよい。また、多孔質シートの片面または両面に、多孔質の耐熱層を備える構成のものであってもよい。この耐熱層は、例えば、無機フィラーとバインダとを含む層(フィラー層ともいう。)であり得る。無機フィラーとしては、例えばアルミナ、ベーマイト、シリカ等を好ましく採用し得る。
As the
電極体20とともに電池ケース30に収容される非水電解液10は、適当な非水溶媒に支持塩を含有するものであり、従来公知の非水電解液を特に制限なく採用することができる。例えば、非水溶媒として、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等を用いることができる。また、支持塩としては、例えばリチウム塩を好適に用いることができ、本実施形態ではLiPF6が採用されている。
The
図3を参照して、電極間に停滞した気泡80が電池性能に与え得る影響について説明する。非水電解液二次電池1では、高温または高電圧で保存されている間に、電解液10が分解されて気泡80が発生する場合がある。例えば、電極体20を拘束する治具(図示せず)の形状、および、電極体20を構成する部材(正極体50、負極体60、およびセパレータ70)の歪み等の影響で、電極体20の内部(つまり電極間)の非水電解液10内に、気泡80が停滞する可能性がある。電極間に気泡80が停滞すると、電極間の距離のばらつき、または反応のばらつきの影響で電流集中が起こり、非水電解液中のリチウムイオンが金属として析出する可能性がある。金属の析出は、電池性能の低下(例えば過充電耐性の低下)に繋がる場合もある。以下に例示する非水電解液二次電池の再利用方法では、電極体20および非水電解液10が電池ケース30(図1参照)に密閉された状態のまま、電極間に滞在している気泡の除去が図られる。
With reference to FIG. 3, an influence that air bubbles 80 stagnated between the electrodes may have on battery performance will be described. In the non-aqueous electrolyte secondary battery 1, the
<非水電解液二次電池の再利用方法>
本実施形態に係る非水電解液二次電池の再利用方法について説明する。本実施形態に係る非水電解液二次電池の再利用方法は、冷却工程および昇温工程が順に行われる。
<How to reuse non-aqueous electrolyte secondary batteries>
A method for reusing the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the embodiment will be described. In the method for recycling a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment, a cooling step and a temperature increasing step are performed in order.
(冷却条件の決定)
本実施形態において、上記冷却工程の実施前に、好適な冷却条件を決定する。すなわち、冷却工程における非水電解液二次電池1の冷却条件が取得される。詳細は後述するが、本実施形態における冷却工程では、非水電解液二次電池1が、非水電解液10の凝固点未満の温度に冷却される。従って、冷却条件決定工程では、非水電解液二次電池1に含まれる非水電解液10の凝固点が、冷却条件の1つとして取得される。
(Determining cooling conditions)
In the present embodiment, suitable cooling conditions are determined before performing the cooling step. That is, the cooling condition of the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 in the cooling step is obtained. As will be described in detail later, in the cooling step in the present embodiment, the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 is cooled to a temperature lower than the freezing point of the
なお、非水電解液10の凝固点が予め判明している場合には、冷却条件決定工程を行うことなく、既に判明している凝固点を冷却条件として決定することができる。一方で、非水電解液10の凝固点が不明な場合等には、例えば、非水電解液二次電池1の直流抵抗の温度依存性に基づいて凝固点を取得する方法等を採用できる。本実施形態では、同一組成の複数(9個)の非水電解液二次電池1の各々を、−35℃から−43℃の間で1℃毎に設定された各々の目標温度に冷却した。冷却方法には、恒温槽を用いて0.5℃/minの速度で非水電解液二次電池1を常温から目標温度に冷却する方法を採用した。各々の非水電解液二次電池1について、温度が目標温度に到達した状態で2時間保持した時点の直流抵抗を測定した。
If the freezing point of the
図4に、各々の目標温度と、直流抵抗の測定結果の関係をグラフで示す。直流抵抗の変化の度合いは、非水電解液10が凝固する前後で異なる。従って、図4に示すように、直流抵抗の傾きの変化点における温度IP(図4の例では−38℃)が、非水電解液二次電池1に含まれる非水電解液10の凝固点として取得される。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between each target temperature and the measurement result of the DC resistance. The degree of change in the DC resistance differs before and after the
なお、冷却条件の決定において、凝固点以外の条件(例えば、冷却速度、および、凝固点未満の設定温度で非水電解液二次電池1を保持する保持時間等)は、冷却工程および昇温工程の前後における非水電解液二次電池1の直流抵抗の変化が閾値未満となる範囲で適宜設定すればよい。一例として、本実施形態では、冷却速度は0.5℃/min、保持時間は2時間に設定される。 In the determination of the cooling condition, conditions other than the freezing point (for example, the cooling rate and the holding time for holding the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 at a set temperature lower than the freezing point) are determined in the cooling step and the temperature increasing step. What is necessary is just to set suitably within the range in which the change of the DC resistance of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 before and after is less than the threshold value. As an example, in the present embodiment, the cooling rate is set to 0.5 ° C./min, and the holding time is set to 2 hours.
(冷却工程)
本実施形態における冷却工程では、電極体20および非水電解液10が電池ケース30の内部に密閉された状態のまま、非水電解液10の凝固点未満の温度に非水電解液二次電池1が冷却される。本実施形態では、冷却条件は前述した通りであり、冷却には恒温槽が使用される
(Cooling process)
In the cooling step in the present embodiment, the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 is kept at a temperature lower than the freezing point of the
図5に模式的に示すように、非水電解液二次電池1が凝固点未満の温度に冷却されると、電極体20の内部の非水電解液10が凝固して体積が収縮し、正極体50、負極体60、およびセパレータ70に保持される。その結果、電極間に停滞していた気泡80(図3参照)を電極間の外部へ排出させる経路10Rが形成される。
As schematically shown in FIG. 5, when the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 is cooled to a temperature lower than the freezing point, the
(昇温工程)
本実施形態における昇温工程では、冷却工程によって冷却された非水電解液二次電池1が、凝固点以上の温度(本実施形態では常温)に昇温される。その結果、電極間(つまり、電極体20における正極体50と負極体60の間の非水電解液10内)に停滞していた気泡80が、電極間の外部へ排出された状態となる。なお、電池ケース30の内部は密閉されたままであるため、気泡80は電池ケース30の外部までは排出されない。しかし、気泡80が電極間に停滞している状態が、電池性能の低下の原因となる可能性があるので、気泡80は電極間の外部に排出されればよい。よって、冷却工程および昇温工程は、電池ケース30の内部が密閉された状態で行うことができる。
(Heating process)
In the temperature raising step in the present embodiment, the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 cooled in the cooling step is heated to a temperature equal to or higher than the freezing point (normal temperature in the present embodiment). As a result, the
また、本実施形態の昇温工程における昇温速度は0.5℃/min以下である。その結果、電池性能の低下がさらに抑制される。この理由については後述する。 In addition, the heating rate in the heating step of the present embodiment is 0.5 ° C./min or less. As a result, a decrease in battery performance is further suppressed. The reason will be described later.
(電池内部抵抗の確認)
本実施形態に係る非水電解液二次電池の再利用方法では、好適には、上記昇温工程の終了後、供試電池の内部抵抗を確認する。かかる抵抗確認工程では、冷却工程および昇温工程を経た非水電解液二次電池1の内部抵抗の変化が閾値未満であることを確認する。内部抵抗の変化が閾値未満である非水電解液二次電池1は、電池性能の低下が抑制されているので、適切に再利用される。
(Confirmation of battery internal resistance)
In the method of reusing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment, preferably, the internal resistance of the test battery is checked after the completion of the temperature raising step. In this resistance checking step, it is checked that the change in the internal resistance of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 that has gone through the cooling step and the temperature raising step is less than a threshold value. The non-aqueous electrolyte secondary battery 1 in which the change in the internal resistance is less than the threshold value is appropriately reused because the decrease in battery performance is suppressed.
<実施例>
表1を参照して、比較例および実施例を用いた試験結果について説明する。本試験では、比較例および実施例1〜7について比較を行った。比較例および実施例1〜7に係る非水電解液二次電池(供試セル:以下、単に「セル」という。)の構成は同一であり、非水電解液10の支持塩には1.1MのLiPF6、非水溶媒にはエチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)の混合物(EC:DMC:EMC=3:4:3)が用いられた。また、比較例および実施例1〜7に係るセルの各々に対し、気泡発生工程を行った。気泡発生工程では、3.0V〜4.55V、1/10Cレートで3サイクル充放電を行った後、4.55V、75℃で100時間保存した。保存後のセル(SOC:0%)の1つを比較例とした。
<Example>
With reference to Table 1, test results using Comparative Examples and Examples will be described. In this test, a comparison was made between Comparative Example and Examples 1 to 7. The configurations of the nonaqueous electrolyte secondary batteries (test cells: hereinafter, simply referred to as “cells”) according to the comparative example and Examples 1 to 7 are the same. 1M LiPF 6 , and a mixture of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) (EC: DMC: EMC = 3: 4: 3) were used as the non-aqueous solvent. In addition, a bubble generation step was performed on each of the cells according to the comparative example and the examples 1 to 7. In the bubble generation step, the battery was charged and discharged for 3 cycles at a rate of 1/10 C at 3.0 V to 4.55 V, and then stored at 4.55 V at 75 ° C. for 100 hours. One of the cells after storage (SOC: 0%) was used as a comparative example.
また、実施例1〜7に係るセルの各々に対し、冷却工程、昇温工程、および反応抵抗上昇率の測定を行った。冷却工程では、前述した保存後の各セル(SOC:0%)を恒温槽に入れ、0.5℃/minの冷却速度で表1に記載する冷却温度に冷却した後、温度を冷却温度に維持したまま2時間保存した。昇温工程では、冷却工程後の各セルを、表1に記載する昇温速度で常温(25℃)まで昇温させた。次いで、交流インピーダンス測定装置(ソーラトロン社製Solatron1260)によって、印加電圧10mV、測定周波数域0.01〜1MHzで昇温工程後の各セル(温度:25℃)の交流インピーダンスを測定し、常温に戻った後の反応抵抗の値を比較例の値で割ることで、各セルの反応抵抗上昇率を測定した。 In addition, for each of the cells according to Examples 1 to 7, the cooling step, the heating step, and the measurement of the reaction resistance increase rate were performed. In the cooling step, each of the cells (SOC: 0%) after storage described above is placed in a constant temperature bath, cooled at a cooling rate of 0.5 ° C./min to the cooling temperature described in Table 1, and then cooled to the cooling temperature. Stored for 2 hours while maintaining. In the heating step, each cell after the cooling step was heated to room temperature (25 ° C.) at the heating rate shown in Table 1. Next, the AC impedance of each cell (temperature: 25 ° C.) after the temperature raising step was measured by an AC impedance measuring device (Solartron 1260 manufactured by Solartron) at an applied voltage of 10 mV and a measurement frequency range of 0.01 to 1 MHz, and returned to room temperature. By dividing the value of the reaction resistance after the above by the value of the comparative example, the rate of increase in the reaction resistance of each cell was measured.
次いで、比較例および実施例1〜7に係るセルの各々に対し、過充電判定を行った。過充電判定では、−10℃の温度環境下で、各セルに10Cの電流を流し、4Vからセパレータがシャットダウンするまで充電を行った。シャットダウン後の電池ケースの温度上昇が10℃未満なら「○」、10℃以上なら「×」と判定した。 Next, overcharge determination was performed on each of the cells according to the comparative example and the examples 1 to 7. In the overcharge determination, a current of 10 C was applied to each cell under a temperature environment of -10 ° C, and charging was performed from 4 V until the separator was shut down. When the temperature rise of the battery case after the shutdown was less than 10 ° C., it was judged as “○”, and when it was 10 ° C. or more, it was judged as “×”.
表1に示すように、実施例1〜4では、昇温工程における昇温速度は全て同一であり、冷却工程における冷却温度が異なる。比較例および実施例1〜4を比較すると、冷却工程における冷却温度を、直流抵抗の傾きの変化点における温度IP未満の温度(つまり、非水電解液10の凝固点未満の温度)とすることで、反応抵抗上昇率を1.04%以下としつつ過充電耐性を向上できたことが分かる。これは、非水電解液10が凝固して体積収縮し、電極間に停滞していた気泡80が電極間の外部に除去されたためと考えられる。
As shown in Table 1, in Examples 1 to 4, the heating rates in the heating step are all the same, and the cooling temperatures in the cooling step are different. When the comparative example and Examples 1 to 4 are compared, the cooling temperature in the cooling step is set to a temperature lower than the temperature IP at the change point of the gradient of the DC resistance (that is, a temperature lower than the freezing point of the nonaqueous electrolyte 10). It can be seen that the overcharge resistance was improved while the reaction resistance increase rate was 1.04% or less. It is considered that this is because the
また、表1に示すように、実施例4〜7では、冷却工程における冷却温度は全て同一であり、昇温工程における昇温速度が異なる。実施例4〜7を比較すると、昇温工程における昇温速度を0.5℃/minよりも大きくすることで、反応抵抗上昇率が高くなり、過充電耐性も向上されなかったことが分かる。この原因として、昇温速度を大きくすると、電極間から気泡を十分に除去できない可能性が考えられる。また、昇温温度を大きくすると、非水電解液10内の支持塩の濃度分布にばらつきが生じることで、抵抗の上昇およびリチウム金属の析出が生じてしまう可能性等も考えられる。表1に示す試験結果から、昇温工程における昇温速度は0.5℃/min以下であることが好ましいといえる。
Further, as shown in Table 1, in Examples 4 to 7, the cooling temperatures in the cooling step are all the same, and the heating rates in the heating step are different. Comparing Examples 4 to 7, it can be seen that the rate of increase in the reaction resistance was increased and the overcharge resistance was not improved by increasing the heating rate in the heating step to more than 0.5 ° C./min. One possible reason for this is that if the heating rate is increased, bubbles may not be sufficiently removed from between the electrodes. Also, when the temperature raising temperature is increased, the concentration distribution of the supporting salt in the
なお、上記実施形態で開示された技術は一例に過ぎない。従って、上記実施形態で例示された技術を変更することも可能である。例えば、冷却工程における冷却条件(例えば、冷却温度および冷却速度等)、および、昇温工程における昇温条件(例えば昇温速度等)は、非水電解液二次電池の構成および材質等に応じて変化し得る。従って、上記実施形態で例示された各種条件は、非水電解液二次電池の構成および材質等に応じて変更してもよい。 Note that the technology disclosed in the above embodiment is only an example. Therefore, the technology exemplified in the above embodiment can be changed. For example, the cooling conditions (for example, cooling temperature and cooling rate, etc.) in the cooling step and the temperature raising conditions (for example, temperature rising rate, etc.) in the temperature raising step depend on the configuration and material of the nonaqueous electrolyte secondary battery. Can change. Therefore, the various conditions exemplified in the above embodiment may be changed according to the configuration and material of the non-aqueous electrolyte secondary battery.
1 非水電解液二次電池
10 非水電解液
20 電極体
30 電池ケース
50 正極体
60 負極体
70 セパレータ
1 Non-aqueous electrolyte
Claims (1)
非水電解液と、
前記電極体および前記非水電解液を内部に収容する電池ケースと、
を備えた非水電解液二次電池の再利用方法であって、
前記電極体および前記非水電解液が前記電池ケースの内部に密閉された状態の前記非水電解液二次電池を、前記非水電解液の凝固点未満の温度に冷却する冷却工程と、
前記冷却工程によって前記凝固点未満の温度まで冷却された前記非水電解液二次電池を、前記凝固点以上の温度に昇温させ、前記電極体の内部の前記非水電解液内に存在していた気泡が前記電極体の外部へ排出された状態とする昇温工程と、
を含むことを特徴とする、非水電解液二次電池の再利用方法。
A positive electrode body, a negative electrode body, and an electrode body having a separator interposed between the positive electrode body and the negative electrode body,
A non-aqueous electrolyte,
A battery case containing the electrode body and the non-aqueous electrolyte therein;
A method for reusing a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising:
A cooling step of cooling the non-aqueous electrolyte secondary battery in a state where the electrode body and the non-aqueous electrolyte are sealed inside the battery case, to a temperature below the freezing point of the non-aqueous electrolyte,
The non-aqueous electrolyte secondary battery cooled to a temperature lower than the freezing point by the cooling step was heated to a temperature equal to or higher than the freezing point, and was present in the non-aqueous electrolyte inside the electrode assembly. A temperature raising step of causing air bubbles to be discharged to the outside of the electrode body,
A method of reusing a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising:
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