JP2022084169A - リチウムイオン電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(A)正極と負極とセパレータとを含む電極体を形成する。
(B)電極体を外装体に収納する。
(C)外装体に電解液を注入することにより、リチウムイオン電池を形成する。
(D)電解液の注入から3時間以上のインターバルを挟んで、リチウムイオン電池に初回充電を施す。
初回充電は、2.0V(vs.Li+/Li)から2.8V(vs.Li+/Li)の負極電位が4時間を超えて持続されるように、リチウムイオン電池を充電することを含む。
図1は、本実施形態の製造方法の概略フローチャートである。
本実施形態の製造方法は、「(A)電極体の形成」、「(B)収納」、「(C)電解液の注入」および「(D)初回充電」を含む。本実施形態の製造方法は、例えば「(E)第1エージング」、「(F)容量測定」、「(G)第2エージング」、および「(H)電圧測定」等をさらに含んでいてもよい。
図2は、本実施形態の電極体の構成の一例を示す概略図である。
本実施形態の製造方法は、正極10と負極20とセパレータ30とを含む電極体50を形成することを含む。
正極10は、例えば帯状のシートであってもよい。正極10は任意の方法により準備され得る。例えば、正極集電体11の表面に、正極活物質層12が形成されることにより、正極10が準備され得る。正極活物質層12は、例えば、スラリーの塗布により形成されてもよい。正極集電体11は、例えばアルミニウム(Al)箔等であってもよい。正極活物質層12は、例えば、正極活物質、導電材およびバインダ等を含んでいてもよい。
負極20は、例えば帯状のシートであってもよい。負極20は任意の方法により準備され得る。例えば、負極集電体21の表面に、負極活物質層22が形成されることにより、負極20が準備され得る。負極活物質層22は、例えば、スラリーの塗布により形成されてもよい。負極集電体21は、例えばCu箔等であってもよい。負極活物質層22は、例えば、負極活物質、導電材およびバインダ等を含んでいてもよい。
セパレータ30は、例えば帯状のシートであってもよい。セパレータ30の少なくとも一部は、正極10と負極20との間に配置される。セパレータ30は、正極10と負極20とを分離する。セパレータ30は多孔質である。セパレータ30は電解液を透過する。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、ポリオレフィン系樹脂を含んでいてもよい。セパレータ30は、例えば、実質的にポリオレフィン系樹脂層からなっていてもよい。ポリオレフィン系樹脂は、例えば、ポリエチレン(PE)およびポリプロピレン(PP)からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。
図3は、本実施形態のリチウムイオン電池の構成の一例を示す概略図である。
本実施形態の製造方法は、外装体90に電極体50を収納することを含む。外装体90は、例えば角形(扁平直方体状)の容器であってもよい。外装体90は、例えば、実質的にAl合金からなっていてもよい。外装体90は、例えば、電解液の注入口(不図示)を備えていてもよい。注入口は開閉できるように構成されていてもよい。
本実施形態の製造方法は、外装体90に電解液(不図示)を注入することにより、電池100を形成することを含む。外装体90の内部で、電解液が電極体50に含浸される。これにより、正極10と負極20との間でLiイオンのやりとりが可能となる。すなわち、通電可能な状態となる。電解液の注入後、速やかに外装体90が密閉されてもよい。後述の初回充電後に、外装体90が密閉されてもよい。初回充電時にガスが発生する場合もあるためである。
本実施形態の製造方法は、電解液の注入から3時間以上のインターバルを挟んで、電池100に初回充電を施すことを含む。
本実施形態の製造方法は、電池100に対して第1エージングを施すことを含んでいてもよい。例えば初回充電後に第1エージングが実施されてもよい。本明細書の「エージング」は、常温を超える温度環境下で電池が所定の期間保存されることを示す。例えば、40℃から80℃の温度環境下で電池100が保存されてもよい。保存期間は、例えば1時間から72時間であってもよい。
本実施形態の製造方法は、電池100の容量を測定することを含んでいてもよい。例えば第1エージング後に、電池100の容量が測定されてもよい。例えば、CC-CV充電とCC-CV放電とにより、電池100の放電容量が測定されてもよい。例えば充放電サイクルが2回から5回程度実施されてもよい。
本実施形態の製造方法は、電池100に対して第2エージングを施すことを含んでいてもよい。例えば容量測定後に第2エージングが実施されてもよい。第2エージングの温度は、第1エージングの温度に比して高くてもよいし、低くてもよい。第2エージングの温度は、例えば60℃から80℃であってもよい。第2エージングの期間は、第1エージングの期間に比して長くてもよいし、短くてもよい。第2エージングの期間は、例えば12時間から24時間であってもよい。
本実施形態の製造方法は、電池100の電圧を測定することを含んでいてもよい。製造過程で微小短絡が発生した場合、電池100の電圧低下速度が高くなる。したがって電圧の測定結果から、微小短絡が検出され得る。例えば、第2エージング前後の電圧の低下幅から、微小短絡の有無が判定されてもよい。本実施形態においては、微小短絡の発生頻度が低減することが期待される。Cuの析出による微小短絡が発生し難いためである。
下記表1のNo.1からNo.9の条件により、電池がそれぞれ製造された。電池の定格容量は80mAhであった。
正極および負極が準備された。正極活物質は層状酸化物を含んでいた。負極活物質は黒鉛を含んでいた。正極および負極は、矩形状の平面形状を有していた。正極にリードタブが接続された。負極にリードタブが接続された。Cu球が準備された。Cu球は、40μmの直径を有していた。Cu球が正極の表面に載せられた。Cu球が押圧されることにより、Cu球が正極の表面に埋め込まれた。
外装体が準備された。外装体はパウチ形であった。外装体はAlラミネートフィルムからなっていた。外装体に電極体が収納された。
電解液が準備された。電解液はVCを含んでいた。外装体に電解液が注入された。
電解液の注入後、下記表1の初回充電前インターバルが設けられた。初回充電前インターバルの経過後、初回充電が実施された。本実施例においては「第1CC充電→CV充電→第2CC充電」の順で、初回充電が実施された。CV充電の条件は下記表1に示される。初回充電後、外装体が密閉された。
初回充電後、第1エージング、容量測定および第2エージングがこの順で実施された。
本実施例においては、第2エージングの前後で電圧の低下幅(絶対値)が測定された。Cu球を含まない電池群(母集団)において、電圧の低下幅の平均値(μ)と、標準偏差(σ)とが算出された。対象電池における、電圧の低下幅が「μ+4σ」以上である時、微小短絡が発生したとみなされた。下記表1の「微小短絡 発生頻度」の列において、例えば「2/3」は、3個の電池のうち、2個の電池で微小短絡が発生したことを示す。
上記表1において、下記条件が全て満たされる時、微小短絡の発生頻度が低減する傾向がみられる。
・初回充電前インターバルが3時間以上である。
・初回充電(CV充電)における負極電位が2.0V(vs.Li+/Li)から2.8V(vs.Li+/Li)である。
・初回充電(CV充電)における充電時間が4時間を超えている。
22 負極活物質層、30 セパレータ、50 電極体、81 正極集電部材、82 負極集電部材、90 外装体、91 正極端子、92 負極端子、100 電池(リチウムイオン電池)。
Claims (6)
- 正極と負極とセパレータとを含む電極体を形成すること、
前記電極体を外装体に収納すること、
前記外装体に電解液を注入することにより、リチウムイオン電池を形成すること、
および、
前記電解液の注入から3時間以上のインターバルを挟んで、前記リチウムイオン電池に初回充電を施すこと、
を含み、
前記初回充電は、2.0V(vs.Li+/Li)から2.8V(vs.Li+/Li)の負極電位が4時間を超えて持続されるように、前記リチウムイオン電池を充電することを含む、
リチウムイオン電池の製造方法。 - 前記インターバルは、8時間以上75時間未満である、
請求項1に記載のリチウムイオン電池の製造方法。 - 前記初回充電は、2.5V(vs.Li+/Li)から2.8V(vs.Li+/Li)の前記負極電位が12時間以上持続されるように、前記リチウムイオン電池を充電することを含む、
請求項1または請求項2に記載のリチウムイオン電池の製造方法。 - 前記正極は正極活物質を含み、
前記正極活物質は層状酸化物を含む、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の製造方法。 - 前記電解液はビニレンカーボネートを含む、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の製造方法。 - 前記セパレータは多層構造を有する、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の製造方法。
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