JP2020102347A - リチウムイオン二次電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(A)リチウムイオン二次電池を準備する。リチウムイオン二次電池は正極と負極と電解液とを少なくとも含む。正極および負極の少なくとも一方にリチウム化合物が付着している。
(B)電解液に第1剤を添加する。
(C)電解液に第2剤を添加する。
第1剤は双性イオン化合物を含む。双性イオン化合物は1分子内にホスホニウムカチオンとカルボキシラートアニオンとを含む。第2剤は犠牲材料を含む。犠牲材料は、リチウムイオン二次電池の充電中または放電中に、正極または負極で酸化還元反応を生起する。
例えばリチウムイオン二次電池の使用により、電解液成分〔例えばLi+、PF6 +、EC(ethylene carbonate)等〕からリチウム化合物(例えばLiF、Li2CO3等)が生成されると考えられる。リチウム化合物は電極(正極または負極)に付着すると考えられる。電極の表面において、リチウム化合物は被膜を形成していると考えられる。リチウム化合物の生成により、充放電反応に寄与するLi+が減少し、容量が低下すると考えられる。またリチウム化合物(被膜)の生成により、Li+の移動が阻害され、抵抗が増加すると考えられる。
本開示のリチウムイオン二次電池の製造方法は、電解液に第1剤を添加することを含む。第1剤は双性イオン化合物を含む。双性イオン化合物は1分子内に正電荷(+)と負電荷(−)とを有する。双性イオン化合物の静電的な作用により、リチウム化合物が電解液に溶解すると考えられる。これにより電極に付着したリチウム化合物(被膜)が減少し、抵抗が低減されると考えられる。
図3には、正極のSOC−OCP曲線と負極のSOC−OCP曲線とが示されている。図3の縦軸は正極または負極のOCP(open circuit potential)である。図3の横軸はリチウムイオン二次電池のSOC(state of charge)である。リチウム化合物が生成される前のリチウムイオン二次電池(すなわち容量減少前のリチウムイオン二次電池)では、充電中、例えば正極のSOCがΔx[%]増加すると、負極のSOCもΔx[%]増加すると考えられる。すなわち正極のSOC−OCP曲線と負極のSOC−OCP曲線とが対応している。
充電中に負極でリチウム化合物が生成されたと仮定する。正極からは、所定量のLi+が放出され、正極のSOCがΔx[%]増加している。しかし負極では、所定量のLi+が吸収されずに(すなわち負極が充電されずに)、その代替としてリチウム化合物が生成される。そのため負極のSOCは増加しない。これにより正極のSOC−OCP曲線と負極のSOC−OCP曲線との対応関係にズレが生じることになる。
図5は本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造方法を図解するフローチャートである。
「(B)第1剤の添加」と「(C)第2剤の添加」とは同時であってもよい。例えば第1剤および第2剤の両方が溶解した溶液が、電解液に追加されてもよい。「(B)第1剤の添加」と「(C)第2剤の添加」とは相前後してもよい。
本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造方法は、リチウムイオン二次電池を準備することを含む。
電池100はリチウムイオン二次電池である。電池100は電池ケース101を含む。電池ケース101は、例えばアルミニウム(Al)合金製であってもよい。電池ケース101は密閉されている。電池ケース101は角形(扁平直方体)である。ただし電池ケース101は例えば円筒形であってもよい。電池ケース101は例えばアルミラミネートフィルム製のパウチ等であってもよい。
電極群50は巻回型である。電極群50は、正極10とセパレータ30と負極20とセパレータ30とがこの順序で積層され、さらにこれらが渦巻状に巻回されることにより形成されている。電解液(不図示)は電極群50に含浸されている。すなわち電池100は正極10と負極20と電解液とを少なくとも含む。
正極10はシートである。正極10は正極集電体11および正極活物質層12を含む。正極活物質層12は正極集電体11の表面に形成されている。正極活物質層12は正極集電体11の片面のみに形成されていてもよい。正極活物質層12は正極集電体11の表裏両面に形成されていてもよい。正極集電体11は例えばAl箔等であってもよい。
負極20はシートである。負極20は負極集電体21および負極活物質層22を含む。負極活物質層22は負極集電体21の表面に形成されている。負極活物質層22は負極集電体21の片面のみに形成されていてもよい。負極活物質層22は負極集電体21の表裏両面に形成されていてもよい。負極集電体21は例えば銅(Cu)箔等であってもよい。
電解液はLi塩および溶媒を少なくとも含む。電解液はLi塩および溶媒に加えて、各種の添加剤等をさらに含んでいてもよい。Li塩は溶媒に溶解している。Li塩の濃度は例えば0.5mоl/L以上2mоl/L以下(0.5M以上2M以下)であってもよい。Li塩は、例えばLiPF6、LiBF4、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2等であってもよい。
セパレータ30は正極10と負極20との間に配置されている。セパレータ30は多孔質膜である。セパレータ30は電気絶縁性である。セパレータ30は例えばポリオレフィン製であってもよい。セパレータ30の表面に耐熱膜が形成されていてもよい。耐熱膜は例えばベーマイト、アルミナ等の耐熱材料を含み得る。
本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造方法は、電解液に第1剤を添加することを含む。第1剤は例えば液体であってもよい。第1剤は例えば粉体であってもよい。例えば電池ケース101に設けられた注液口から、電池ケース101内に第1剤が投入されてもよい。これにより電解液に第1剤が添加され得る。
本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造方法は、電解液に第2剤を添加することを含む。第2剤は例えば液体であってもよい。例えば電池ケース101に設けられた注液口から、電池ケース101内に第2剤が投入されてもよい。これにより電解液に第2剤が添加され得る。
Li塩:LiPF6(濃度 1.1mоl/L)
溶媒:[EC/EMC/DMC=3/3/4(体積比)]
Li塩:LiPF6(濃度 1.1mоl/L)
双性イオン化合物:TBP+CO2 -(濃度 0.05mоl/L)
溶媒:[EC/EMC/DMC=3:3:4(体積比)]
Li塩:LiPF6(濃度 1.1mоl/L)
犠牲材料:チオフェン(濃度 0.05mоl/L)
溶媒:[EC/EMC/DMC=3/3/4(体積比)]
図8は実験結果を示す第1グラフである。
図8には、第1剤および第2剤の添加に伴う抵抗の推移が示されている。図8の「抵抗」は、第1剤および第2剤が添加される前の小型セルの抵抗を100%とする相対値である。
図9には、第1剤および第2剤の添加に伴う容量の推移が示されている。図9の「容量」は、第1剤および第2剤が添加される前の小型セルの放電容量を100%とする相対値である。
Claims (1)
- 正極と負極と電解液とを少なくとも含み、前記正極および前記負極の少なくとも一方にリチウム化合物が付着している、リチウムイオン二次電池を準備すること、
前記電解液に第1剤を添加すること、
および
前記電解液に第2剤を添加すること、
を少なくとも含み、
前記第1剤は双性イオン化合物を含み、
前記双性イオン化合物は1分子内にホスホニウムカチオンとカルボキシラートアニオンとを含み、
前記第2剤は犠牲材料を含み、
前記犠牲材料は、前記リチウムイオン二次電池の充電中または放電中に、前記正極または前記負極で酸化還元反応を生起する、
リチウムイオン二次電池の製造方法。
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---|---|---|---|---|
WO2015163279A1 (ja) * | 2014-04-21 | 2015-10-29 | 宇部興産株式会社 | 蓄電デバイスの再生用電解液、その再生された蓄電デバイス及び蓄電デバイスの再生方法 |
JP2018537819A (ja) * | 2016-06-14 | 2018-12-20 | エルジー・ケム・リミテッド | 寿命特性が向上した電池システムおよび電池システムの稼動方法 |
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