JP2022065393A - リチウムイオン電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(A) リチウムビス(オキサラート)ボラートとビニレンカーボネートと含む電解液をリチウムイオン電池に注入する。
(B) 電解液を含むリチウムイオン電池に初回充電を施す。
(C) 初回充電後のリチウムイオン電池にエージング処理を施す。
エージング処理において、電解液に含まれるリチウムビス(オキサラート)ボラートとビニレンカーボネートとが分解される。エージング処理後、電解液におけるリチウムビス(オキサラート)ボラートの質量分率が0.10%未満であり、かつビニレンカーボンネートの質量分率が0.10%未満である。
(c1) 負極電位がリチウムビス(オキサラート)ボラートおよびビニレンカーボネートの還元電位以下になるように、リチウムイオン電池の充電状態を調整する。
(c2) リチウムイオン電池を60℃以上の温度環境で10時間以上保存する。
図1は、本実施形態におけるリチウムイオン電池の製造方法の概略フローチャートである。本実施形態における電池の製造方法は、「(A)電解液の注入」、「(B)初回充電」および「(C)エージング処理」を含む。本実施形態における電池の製造方法においては、リチウムイオン電池が製造される。本実施形態における「リチウムイオン電池」は、リチウムイオンをキャリアイオンとする二次電池を示す。リチウムイオン電池は、任意の用途で使用され得る。リチウムイオン電池は、例えば、電動車両において、主電源または動力アシスト用電源として使用されてもよい。複数個のリチウムイオン電池(単電池)が連結されることにより、電池モジュールまたは組電池が形成されてもよい。
本実施形態における電池の製造方法は、電解液を電池に注入することを含む。電解液は、LiBOBおよびVCを含む。
図2は、本実施形態におけるリチウムイオン電池の構成の一例を示す概略図である。
電解液を注入すべき電池100が組み立てられる。組み立て手順は任意である。電池100の構成の一例が説明される。
電極体50は巻回型である。電極体50は、正極10、セパレータ30および負極20を含む。正極10、セパレータ30および負極20は、いずれも帯状のシートである。電極体50は2枚のセパレータ30を含んでいてもよい。電極体50は、正極10、セパレータ30および負極20がこの順に積層され、渦巻状に巻回されることにより形成されている。電極体50は、巻回後に扁平状に成形されている。なお、巻回型は一例である。電極体50は、例えば、積層(スタック)型であってもよい。
例えば、外装体90に設けられた注入口から、外装体90の内部に、所定量の電解液が注入される。電解液は電極体50に含浸される。電解液の注入後、外装体90が密閉される。例えば、後述の初回充電後に、外装体90が密閉されてもよい。
本実施形態における電池の製造方法は、電解液を含む電池100に初回充電を施すことを含む。初回充電時に、LiBOBおよびVCの一部が還元分解することにより、負極20の表面に皮膜が形成されると考えられる。
本実施形態における電池の製造方法は、初回充電後の電池100にエージング処理を施すことを含む。本実施形態におけるエージング処理は、40℃以上の温度環境において、所定期間、電池100を保存することを示す。本実施形態のエージング処理は、初回充電後の電解液中に残存するLiBOBおよびVCを分解するように実施される。
エージング処理は、例えば、「(c1)SOCの調整」および「(c2)保存」を含んでいてもよい。エージング処理は、LiBOBおよびVCの質量分率がそれぞれ0.10%未満になるように実施される。
本実施形態におけるエージング処理は、例えば、負極電位がLiBOBおよびVCの還元電位以下になるように、電池100のSOCを調整することを含んでいてもよい。
本実施形態におけるエージング処理は、例えば、電池100を60℃以上の温度環境で10時間以上保存することを含んでいてもよい。60℃以上の温度環境において、LiBOBおよびVCの還元分解が促進され得る。例えば、60℃以上の温度に設定された恒温槽内で、電池100が所定期間保存されてもよい。本実施形態においては、恒温槽等の設定温度が60℃以上である時、60℃以上の温度環境でエージング処理が施されたとみなされる。本実施形態においては、エージング処理が施される温度が「エージング温度」とも記される。エージング温度が高い程、LiBOBおよびVCの還元分解が促進され得る。ただしエージング温度が過度に高い場合、LiBOBおよびVC以外の成分が反応する可能性もある。エージング温度は、例えば、60℃から85℃であってもよいし、65℃から80℃であってもよいし、70℃から80℃であってもよい。
《電池構成》
供試電池が組み立てられた。供試電池は下記構成を備えていた。
正極合材組成:正極活物質/AB/PVdF=90.3/7/2.7(質量比)
正極活物質:Li(NiCoMn)O2
正極集電体:Al箔
負極合材組成:負極活物質/CMC/SBR=99/0.6/0.4(質量比)
負極活物質:黒鉛
負極集電体:Cu箔
外装体:アルミラミネートフィルム製のパウチ
定格容量:137mAh
電解液が準備された。電解液は下記組成を有していた。
溶媒:EC/EMC/DMC/MP=25/37/35/3(体積比)
支持電解質:LiPF6
添加剤:LiBOB〔0.39%(質量分率)〕、VC〔0.1%(質量分率)〕
供試電池に電解液が注入された。電解液の注入後、初回充電が実施された。初回充電後、供試電池にエージング処理が施された。エージング処理の条件は下記のとおりである。
エージング温度:75℃
保存期間:16時間
表1に示されるように、初期電解液における添加剤組成が変更されることを除いては、No.1と同様に供試電池が製造された。各No.について、供試電池はそれぞれ複数個製造された。エージング処理後に一部の供試電池から電解液が採取され、LiBOBおよびVCの質量分率が測定された。エージング処理後のLiBOBおよびVCの質量分率は、表1に示される。
供試電池のSOCが80%に調整された。SOCの調整後、60℃に設定された恒温槽内で供試電池が56日間保存された。保存前後で供試電池の体積が測定された。体積はアルキメデスの原理に基づいて測定された。保存前後の体積からガス発生量が算出された。保存前後で供試電池の放電容量が測定された。保存前後の放電容量から容量維持率が算出された。ガス発生量および容量維持率は、表1に示される。
No.3からNo.5においては、初期電解液がVCを含んでいない。初期電解液がVCを含んでいない時、ガス発生量が増大する傾向がみられる。
Claims (2)
- リチウムビス(オキサラート)ボラートとビニレンカーボネートと含む電解液をリチウムイオン電池に注入すること、
前記電解液を含む前記リチウムイオン電池に初回充電を施すこと、
および、
前記初回充電後の前記リチウムイオン電池にエージング処理を施すこと、
を含み、
前記エージング処理において、前記電解液に含まれるリチウムビス(オキサラート)ボラートとビニレンカーボネートとが分解され、
前記エージング処理後、前記電解液におけるリチウムビス(オキサラート)ボラートの質量分率が0.10%未満であり、かつビニレンカーボンネートの質量分率が0.10%未満である、
リチウムイオン電池の製造方法。 - 前記エージング処理は、
負極電位がリチウムビス(オキサラート)ボラートおよびビニレンカーボネートの還元電位以下になるように、前記リチウムイオン電池の充電状態を調整すること、
および、
前記リチウムイオン電池を60℃以上の温度環境で10時間以上保存すること、
を含む、
請求項1に記載のリチウムイオン電池の製造方法。
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