JP2023039751A - リチウムイオン二次電池の製造方法及びリチウムイオン二次電池の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正極に含まれる金属異物を要因とした短絡の発生を抑制する。【解決手段】組み立てられたリチウムイオン二次電池に対して最初の充電を行う際には、このリチウムイオン二次電池の正極電位Ｖｐについて、その正極への混入が想定される金属異物の溶解電位Ｖｍよりも低い特定電位Ｖ０が設定される。更に、この特定電位Ｖ０に正極電位Ｖｐが到達するまでは、第１の充電レートα１による高レート充電が実行される。そして、正極電位Ｖｐが特定電位Ｖ０に到達した後は、その正極電位Ｖｐが金属異物の溶解電位Ｖｍ以上の状態で、上記第１の充電レートα１よりも低い第２の充電レートα２による低レート充電が実行される。【選択図】図４

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の製造方法及びリチウムイオン二次電池の製造装置に関するものである。

従来、非水電解質二次電池の製造方法として、例えば、特許文献１には、正負の電極電位を個別に測定しつつ、その充電電流を制御する構成が開示されている。また、これを利用して、負極電位がリチウムの析出電位を超えないように、その充電電流を減少させる。そして、これにより、そのリチウムの析出を抑えることができる。

また、リチウムイオン二次電池においては、組み立て後に行う最初の充電時、電解液が分解されることで、その負極の表面に被膜が形成される。そして、この被膜の形成によって、更なる電解液の分解が抑制され、及び電極に対するリチウムイオンの挿入・脱離が促進されるようになる。このため、リチウムイオン二次電池の製造においては、このような組み立て後に行う最初の充電工程を、コンディショニング充電と称する。

特開２００２－５０４０７号公報

しかしながら、リチウムイオン二次電池においては、上記のようなコンディショニング充電時、例えば、銅等、その正極に混入した金属異物が溶解して負極側に移動する現象が見られる。そして、これにより、この正極に含まれる金属異物を要因として、その負極と正極との短絡が生ずるおそれがある。

上記課題を解決するリチウムイオン二次電池の製造方法は、組み立てられたリチウムイオン二次電池に対して最初の充電を行う際、前記リチウムイオン二次電池の正極電位について、該リチウムイオン二次電池の正極への混入が想定される金属異物の溶解電位よりも低い特定電位を設定し、該特定電位に前記正極電位が到達するまでは、第１の充電レートで前記充電を実行するとともに、前記正極電位が前記特定電位に到達した後、前記正極電位が前記溶解電位以上の状態で、前記第１の充電レートよりも低い第２の充電レートで前記充電を実行する。

上記構成によれば、金属異物の溶解速度が小さく抑えられる。また、これにより、その正極から溶け出した金属異物が電解液中に拡散しやすくなる。その結果、最初の充電時、正極から負極に移動した金属異物が、その負極の表面に対して局所的に析出しないようにすることができる。そして、これにより、その正極に含まれる金属異物を要因とした短絡の発生を抑制することができる。

更に、充電開始から、その正極電位が特定電位に到達するまでの間は、高レート充電が実行される。そして、これにより、その最初の充電に要する時間を短縮することができる。

上記課題を解決するリチウムイオン二次電池の製造方法は、前記正極電位が前記溶解電位に到達した後、該溶解電位を一定時間維持し、その後、前記第２の充電レートによる前記充電を実行することが好ましい。

上記構成によれば、正極に含まれた金属異物の溶解速度が、より小さく抑えられる。つまりは、その正極に混入した金属異物が、ゆっくり溶けるようになる。また、これにより、電解液中に溶け出した金属異物が拡散しやすくなることで、より一層、その負極側に移動した金属異物が局所的に析出し難くなる。そして、これにより、より効果的に、正極に含まれる金属異物に起因した短絡の発生を抑制することができる。

上記課題を解決するリチウムイオン二次電池の製造方法は、前記第２の充電レートによる前記充電の実行時間が前記金属異物の想定溶解完了時間を経過した後、前記第２の充電レートよりも高い第３の充電レートで前記充電を実行することが好ましい。

即ち、正極に含まれる金属異物が全て溶解することにより、その正極側から負極側に向かう金属異物の移動が完了する。従って、上記構成によれば、正極に含まれる金属異物に起因した短絡の発生を抑制しつつ、その最初の充電に要する時間を短縮することができる。

上記課題を解決するリチウムイオン二次電池の製造方法は、前記金属異物として、銅が想定されることが好ましい。
即ち、リチウムイオン二次電池は、最初の充電を行う前の組み立て状態において、その正極に、金属異物として「銅（Ｃｕ）」を含む可能性がある。従って、上記構成によれば、効果的に、その正極に含まれる金属異物を要因とした短絡の発生を抑制することができる。

上記課題を解決するリチウムイオン二次電池の製造装置は、組み立てられたリチウムイオン二次電池に対して最初の充電を行う際、前記リチウムイオン二次電池の正極電位について、該リチウムイオン二次電池の正極への混入が想定される金属異物の溶解電位よりも低い特定電位を設定し、該特定電位に前記正極電位が到達するまでは、第１の充電レートで前記充電を実行するとともに、前記正極電位が前記特定電位に到達した後、前記正極電位が前記溶解電位以上の状態で、前記第１の充電レートよりも低い第２の充電レートで前記充電を実行する。

本発明によれば、正極に含まれる金属異物を要因とした短絡の発生を抑制することができる。

電池の斜視図である。 電極体の分解図である。 充電装置の概略構成図である。 第１の実施形態におけるコンディショニング充電の態様を示すグラフである。 比較例のコンディショニング充電時に生ずる金属異物の析出メカニズムについての説明図である。 実施例のコンディショニング充電時に生ずる金属異物の析出メカニズムについての説明図である。 第２の実施形態におけるコンディショニング充電の態様を示すフローチャートである。 第３の実施形態におけるコンディショニング充電の態様を示すグラフである。 各実施例の効果を比較する説明図である。

［第１の実施形態］
以下、電池の製造方法及び製造装置に関する第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、リチウムイオン二次電池１は、正極３、負極４、及びセパレータ５を一体化した電極体１０と、この電極体１０を収容するケース２０と、を備えている。そして、リチウムイオン二次電池１は、そのケース２０内の電極体１０に、図示しない非水性の電解液を含浸させた構成を有している。

詳述すると、本実施形態のリチウムイオン二次電池１において、正極３、負極４、及びセパレータ５は、シート状の外形を有して積層される。そして、これら正極３、負極４、及びセパレータ５の積層体を捲回することにより、正極３と負極４との間にセパレータ５を挟み込む状態で、その径方向に正負の電極とセパレータ５とが交互に並ぶ電極体１０が形成されている。

また、本実施形態のケース２０は、扁平略四角箱状のケース本体２１と、このケース本体２１の開口端２１ｘを閉塞する蓋部材２２と、を備えている。そして、本実施形態の電極体１０は、径方向外側から押圧されることにより、そのケース２０の箱形状に対応する扁平した外形を有するものとなっている。

さらに詳述すると、図２に示すように、本実施形態のリチウムイオン二次電池１において、正極３及び負極４は、シート状の外形を有した集電体３１と、この集電体３１上に積層された電極活物質層３２と、を備えた電極シート３５としての構成を有している。

具体的には、アルミニウム等を素材とする正極集電体３１Ｐ上に、正極活物質となるリチウム遷移金属酸化物を含んだスラリーを塗工することにより、その正極活物質層３２Ｐを備えた正極３用の電極シート３５Ｐが形成される。また、銅等を素材とする負極集電体３１Ｎ上に、負極活物質となる炭素系材料を含んだスラリーを塗工することにより、その負極活物質層３２Ｎを備えた負極４用の電極シート３５Ｎが形成される。更に、本実施形態のリチウムイオン二次電池１において、これら正負の電極シート３５Ｐ，３５Ｎは、帯状に整形される。そして、本実施形態の電極体１０は、セパレータ５を挟んで積層された正負の電極シート３５Ｐ，３５Ｎを捲回することにより形成されている。

図１に示すように、ケース２０の蓋部材２２には、ケース２０の外側に突出する正極端子３７及び負極端子３８が設けられている。また、図２に示すように、正負の電極を構成する各電極シート３５には、それぞれ、その集電体３１上に電極活物質層３２が形成されていない未塗工部３９が形成されている。そして、本実施形態のリチウムイオン二次電池１は、これらの未塗工部３９を利用して、その電極シート３５Ｐと正極端子３７とが電気的に接続され、及び、その電極シート３５Ｎと負極端子３８とが電気的に接続される構成となっている。

更に、リチウムイオン二次電池１のケース２０内には、電解液が注入される。即ち、リチウムイオン二次電池としての構成を有するリチウムイオン二次電池１の電解液には、有機溶媒中に支持塩となるリチウム塩を溶解させたものが用いられている。そして、本実施形態のリチウムイオン二次電池１は、これにより、そのケース２０内に封缶された電極体１０に対して電解液が含浸される状態で、個々のセル４０、即ち単電池が形成される構成となっている。

また、リチウムイオン二次電池１においては、このようにして組み立てられたセル４０に対して最初の充電が行われることにより、その負極４の表面に被膜が形成される。更に、この被膜の形成によって、更なる電解液の分解が抑制され、及び電極に対するリチウムイオンの挿入・脱離が促進される。そして、リチウムイオン二次電池１は、これによりコンディショニング充電と称される最初の充電によって、その安定した充放電性能が担保される構成となっている。

以下、このような組み立てられたリチウムイオン二次電池に対する最初の充電、即ちコンディショニング充電の態様について説明する。
（充電装置）
図３に示すように、本実施形態においては、同図に示すような充電装置５０を製造装置に用いて、そのリチウムイオン二次電池１のコンディショニング充電が実行される。

詳述すると、本実施形態の充電装置５０は、充電対象となるリチウムイオン二次電池１の充電制御を実行する充電制御部５１を備えている。また、この充電装置５０には、電圧センサ５２、電流センサ５３、及び、温度センサ５４が設けられている。更に、この充電装置５０は、これら各センサの出力信号に基づいて、その電圧を監視する電圧監視部５５、電流を監視する電流監視部５６、温度を監視する温度監視部５７、及びＳＯＣ（State of Charge）を監視するＳＯＣ監視部５８を備えている。そして、本実施形態の充電装置５０は、これにより、リチウムイオン二次電池１の状態に応じて、その充電制御部５１が、このリチウムイオン二次電池１の充電制御を実行することのできる構成となっている。

具体的には、本実施形態の充電装置５０は、リチウムイオン二次電池１の充電時、例えば、その充電レートαを自在に制御することができる。更に、この充電装置５０は、例えば、その充電時、リチウムイオン二次電池１の正極電位Ｖｐ等も制御することができる。そして、本実施形態においては、この充電装置５０の機能を利用して、そのリチウムイオン二次電池１のコンディショニング充電が実行される。

（実施例）
次に、本実施形態におけるコンディショニング充電の態様について説明する。
図４に示すように、本実施形態においては、上記のように組み立てられたリチウムイオン二次電池１に対する最初の充電、即ちコンディショニング充電は、その充電レートαを第１の充電レートα１に設定した高レート充電で開始される。また、これにより、正極電位Ｖｐの上昇を伴いながら、リチウムイオン二次電池１のＳＯＣが増加する。そして、これにより、このリチウムイオン二次電池１の充電が進むことになる。

また、本実施形態においては、コンディショニング充電を行う際、リチウムイオン二次電池１の正極電位Ｖｐについて、その正極３への混入が想定される金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍよりも低い特定電位Ｖ０が設定される（Ｖ０＜Ｖｍ）。具体的には、本実施形態のリチウムイオン二次電池１は、最初の充電を行う前の組み立て状態において、その正極３に、金属異物Ｍとして「銅（Ｃｕ）」を含む可能性がある。そして、本実施形態においては、この正極３への混入が想定される「銅（Ｃｕ）」について、その正極電位Ｖｐの上昇により溶解する値が、その金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍとして設定されている。

更に、本実施形態においては、リチウムイオン二次電池１の正極電位Ｖｐが上記特定電位Ｖ０に到達することで、その充電レートαが、第１の充電レートα１から、この第１の充電レートα１よりも低い第２の充電レートα２に切り替えられる（α２＜α１）。そして、これにより、正極電位Ｖｐが特定電位Ｖ０に到達した後、その正極電位Ｖｐが金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍ以上の状態では、この第２の充電レートα２による低レート充電が実行される構成になっている。

具体的には、本実施形態のリチウムイオン二次電池１においては、コンディショニング充電の開始時、その高レート充電を行うために設定される第１の充電レートα１は、「４．５Ｃ」となっている。そして、正極電位Ｖｐが特定電位Ｖ０に到達した後、溶解電位Ｖｍ以上において、その低レート充電を行うために設定される第２の充電レートα２は、「０．１Ｃ」となっている。

尚、この場合において、その充電レートαの単位に用いる「Ｃレート」は、「一時間の定電流充電で満充電となる二次電池の公称容量値」に相当する電流量である。従って、この「Ｃレート」の値が大きいほど、充電に要する時間が短くなり、その値が小さいほど、充電に要する時間が長くなる。但し、充電レートαが高すぎる場合には、電池性能に影響を与える可能性があるため、上記第１の充電レートα１は、好ましくは「５Ｃ」以下に設定することが望まれる。そして、充電時間が長くなりすぎないように、その第１の充電レートα１は、「３Ｃ」以上に設定することが好ましい。

（作用）
次に、本実施形態の作用について説明する。
先ず、比較例として、従来技術のコンディショニング充電について説明する。

図５に示す比較例のコンディショニング充電は、その充電開始から満充電まで、一定の充電レートαで行われる。尚、この比較例における充電レートαは、例えば、上記実施例において、その高レート充電を行うために設定される第１の充電レートα１と同じ、「４．５Ｃ」に設定される。そして、これにより、この比較例においても、リチウムイオン二次電池１の組み立て後に行われる最初の充電過程において、このリチウムイオン二次電池１の電解液が分解されることにより、その負極４の表面に被膜が形成される。

また、このコンディショニング充電時、リチウムイオン二次電池１の正極電位Ｖｐは、その充電が進むことにより上昇する。更に、この正極電位Ｖｐが、リチウムイオン二次電池１の正極３への混入が想定される金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍに到達することにより、その金属異物Ｍが電解液中に溶解する。そして、この電解液に溶解した金属異物Ｍが負極４側に移動することで、その負極４の表面に金属異物Ｍが析出することになる。

ここで、この比較例においては、正極電位Ｖｐが金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍに到達した後においても、そのリチウムイオン二次電池１に対する高レート充電が維持される。このため、その正極電位Ｖｐが溶解電位Ｖｍ以上となることにより生ずる金属異物Ｍの溶解速度もまた大きなものとなる。つまり、正極３から溶け出した金属異物Ｍは、電解液中であまり拡散することなく、その負極４側に移動する。そして、これにより、その負極４側に移動した金属異物Ｍが、負極４の表面に対して局所的に析出しやすくなる。

更に、このような局所的な析出によって、その負極４側に析出した金属異物Ｍが正極３側に伸長しやすくなる。そして、これにより、その正極３と負極４との間に短絡が生ずる可能性がある。

一方、図６に示すように、本実施形態では、コンディショニング充電時、正極電位Ｖｐが金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍに到達した後は、低レート充電が行われる。即ち、リチウムイオン二次電池１に対する充電レートαを低くすることで、溶解電位Ｖｍ以上の正極電位Ｖｐにおいても、その金属異物Ｍの溶解速度が小さく抑えられる。また、これにより、その正極３から溶け出した金属異物Ｍが電解液中に拡散することで、負極４側に移動した金属異物Ｍが局所的に析出し難くなる。そして、本実施形態では、これにより、その正極３に含まれる金属異物Ｍに起因した短絡の発生を抑制することが可能になっている。

即ち、正極電位Ｖｐが金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍである場合において、その低レート充電を行うために設定される第２の充電レートα２は、このような負極４側に移動した金属異物Ｍの局所的な析出を抑制できる値となっている。

具体的には、例えば、この第２の充電レートα２は、「１Ｃ」以下であることが好ましく、より好ましくは「０．５Ｃ」以下であることが望ましい。また、この第２の充電レートα２を、「０．３Ｃ」以下、更には「０．１Ｃ」以下と、より低い値に設定することで、より効果的に、その局所的な金属異物Ｍの抑制効果が得られる。そして、本実施形態においては、リチウムイオン二次電池１の製造におけるタクトタイムを考慮して、この第２の充電レートα２が、上記「０．１Ｃ」に設定されている。

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）組み立てられたリチウムイオン二次電池１に対して最初の充電を行う際には、このリチウムイオン二次電池１の正極電位Ｖｐについて、その正極３への混入が想定される金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍよりも低い特定電位Ｖ０が設定される。更に、この特定電位Ｖ０に正極電位Ｖｐが到達するまでは、第１の充電レートα１による高レート充電が実行される。そして、正極電位Ｖｐが特定電位Ｖ０に到達した後は、その正極電位Ｖｐが金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍ以上の状態で、上記第１の充電レートα１よりも低い第２の充電レートα２による低レート充電が実行される。

上記構成によれば、最初の充電時、正極３から負極４に移動した金属異物Ｍが、その負極４の表面に対して局所的に析出しないようにすることができる。そして、これにより、その正極３に含まれる金属異物Ｍを要因とした短絡の発生を抑制することができる。

更に、充電開始から、その正極電位Ｖｐが特定電位Ｖ０に到達するまでの間は、高レート充電が実行される。そして、これにより、その最初の充電に要する時間を短縮することができる。

また、リチウムイオン二次電池１においては、正極電位Ｖｐが特定電位Ｖ０に到達する前の高レート充電時に、その負極４の表面に被膜が形成される。更に、リチウムイオン二次電池１の正極３に混入した金属異物Ｍは、その正極電位Ｖｐが溶解電位Ｖｍ以上となることにより溶解する。このため、高レート充電時には、特段、その充電状態を操作する必要性が生じない。そして、これにより、安定的な被膜の形成状態を確保することで、安定した電池性能を得ることができる。

（２）金属異物Ｍとしては、「銅（Ｃｕ）」が想定される。
即ち、リチウムイオン二次電池１は、最初の充電を行う前の組み立て状態において、その正極３に、金属異物Ｍとして「銅（Ｃｕ）」を含む可能性がある。従って、上記構成によれば、効果的に、その正極３に含まれる金属異物Ｍを要因とした短絡の発生を抑制することができる。

（３）第１の充電レートα１は「４．５Ｃ」に設定される。そして、第２の充電レートα２は「０．１Ｃ」に設定される。
上記構成によれば、充電時間の短縮化を図りつつ、効果的に、その正極３に含まれる金属異物Ｍを要因とした短絡の発生を抑制することができる。

［第２の実施形態］
以下、リチウムイオン二次電池の製造方法及び製造装置に関する第２の実施形態を図面に従って説明する。尚、説明の便宜上、上記第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略することとする。

図７に示すように、本実施形態においては、充電の進行により、ＳＯＣの増加とともに上昇する正極電位Ｖｐ（図４参照）が金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍに到達した後（ステップ１０１）、その正極電位Ｖｐについて、電圧ホールドが実行される。

具体的には、本実施形態においては、上記のように金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍに到達した正極電位Ｖｐが、その溶解電位Ｖｍに維持される（Ｖｐ＝Ｖｍ、ステップ１０２）。より詳しくは、ＣＣＣＶ充電の実行によって、その正極電位Ｖｐが溶解電位Ｖｍに維持される。更に、予め定められた一定時間ｔ０、この溶解電位Ｖｍを維持する状態が継続したか否かが判定される（ステップ１０３）。そして、このステップ１０３において、その正極電位Ｖｐを金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍに維持した時間が一定時間ｔ０に満たないと判定した場合（ステップ１０３：ＮＯ）には、上記ステップ１０２及びステップ１０３の処理が繰り返される。

また、本実施形態においては、上記ステップ１０３において、一定時間ｔ０、正極電位Ｖｐを金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍに維持したと判定した場合（ステップ１０３：ＹＥＳ）に、その電圧ホールドが解除される。そして、その後、上記第１の実施形態と同様、正極電位Ｖｐが金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍ以上の状態で、充電開始時の第１の充電レートα１よりも低い第２の充電レートα２での低レート充電が実行される構成になっている（ステップ１０４）。

即ち、金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍに到達した正極電位Ｖｐを、その溶解電位Ｖｍに維持することで、正極３に含まれた金属異物Ｍの溶解速度が、より小さく抑えられる。つまりは、その正極３に混入した金属異物Ｍが、ゆっくり溶けるようになる。また、これにより、電解液中に溶け出した金属異物Ｍが拡散しやすくなることで、より一層、その負極４側に移動した金属異物Ｍが局所的に析出し難くなる。そして、本実施形態では、これを利用して、より効果的に、その正極３に含まれる金属異物Ｍに起因した短絡の発生を抑制することが可能になっている。

尚、本実施形態において、その特定電位Ｖ０、即ちコンディショニング充電の開始から実行される高レート充電の終了電位は、例えば、金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍと略等しい値に設定される。これにより、正極電位Ｖｐが金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍに到達した後、速やかに、その第１の充電レートα１による高レート充電から、ＣＣＣＶ充電による電圧ホールド状態に移行する。

また、溶解電位Ｖｍを維持する継続時間としての上記一定時間ｔ０は、その正極３に含まれる金属異物Ｍが、より多く、溶解液中に溶け出すことのできる時間であることが望ましい。そして、本実施形態においては、リチウムイオン二次電池１の製造におけるタクトタイムを考慮した上で、この一定時間ｔ０が最適な値に設定されている。

更に、金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍに到達した正極電位Ｖｐを、その溶解電位Ｖｍに維持する間については、リチウムイオン二次電池１のＳＯＣが略変化しない。このため、本実施形態においてもまた、そのＳＯＣの増加に応じた正極電位Ｖｐ及び負極電位Ｖｎの推移を示すグラフは、上記第１の実施形態と略同様の波形を示すものとなっている（図４参照）。

［第３の実施形態］
以下、リチウムイオン二次電池の製造方法及び製造装置に関する第３の実施形態を図面に従って説明する。尚、説明の便宜上、上記第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略することとする。

図８に示すように、本実施形態においても、コンディショニング充電時には、上記第１の実施形態と同様、正極電位Ｖｐが金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍ以上の状態で、その第２の充電レートα２による低レート充電が実行される。また、本実施形態においては、このような溶解電位Ｖｍ以上で低レート充電を実行した場合に、その正極３に含まれる金属異物Ｍが完全に溶解するまでの予想時間が、想定溶解完了時間Ｔｘとして設定される。そして、第２の充電レートα２による低レート充電の実行時間が、この想定溶解完了時間Ｔｘを経過した後、そのリチウムイオン二次電池１の充電レートαを、より高い第３の充電レートα３に切り替える構成になっている。

具体的には、上記想定溶解完了時間Ｔｘは、例えば、正極３への混入が想定される金属異物Ｍの大きさや、低レート充電時の充電レートαに設定する第２の充電レートα２等から算出される。そして、低レート充電後に実行する高レート充電時、その充電レートαに設定される第３の充電レートα３の値については、例えば、充電開始後の高レート充電時に設定される第１の充電レートα１と同じ「４．５Ｃ」程度に設定される。

即ち、上記第１の実施形態と同様、正極電位Ｖｐが金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍ以上の状態で第２の充電レートα２による低レート充電を実行することで、局所的な析出を抑制しつつ、その正極３に混入した金属異物Ｍを負極４側に移動させることができる。そして、この正極３側から負極４側に向かう金属異物Ｍの移動は、その正極３に含まれる金属異物Ｍが全て溶解することにより完了する。

この点を踏まえ、本実施形態においては、正極３に混入した金属異物Ｍについて、その負極４側への移動が完了した後、つまりは想定溶解完了時間Ｔｘの経過後、上記のように、そのリチウムイオン二次電池１に対する充電レートαが変更される。そして、これにより、第２の充電レートα２による低レート充電から、第３の充電レートα３での高レート充電に切り替えることで、そのコンディショニング充電の所要時間を短縮することが可能になっている。

［各実施例の比較］
次に、上記各実施形態に記載したコンディショニング充電の実施例について、その効果を比較する。尚、以下、説明の便宜上、上記第１の実施形態に記載した実施例を「実施例１」、上記第２の実施形態に記載した実施例を「実施例２」、上記第３の実施形態に記載した実施例を「実施例３」とする。そして、これらの各実施例と併せ、そのコンディショニング充電の開始から満充電まで一定の充電レートでの高レート充電を実行する従来技術の形態を「比較例」として例示する。

図９に示すように、これらの各実施例において、高レート充電時の充電レートαである第１の充電レートα１及び第３の充電レートα３は、それぞれ、「４．５Ｃ」とし、低レート充電時の充電レートαである第２の充電レートα２は、「０．１Ｃ」とした。また、特定電位Ｖ０については、金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍと略等しい値とする。そして、これにより、正極電位Ｖｐが特定電位Ｖ０に到達するまで、そのコンディショニング充電の開始から第１の充電レートα１で高レート充電が実行されるものとした。

即ち、「実施例１」「実施例２」「実施例３」の何れについても、正極電位Ｖｐが溶解電位Ｖｍ以上の状態で第２の充電レートα２での低レート充電を実行することにより、その正極３に含まれる金属異物Ｍを要因とした短絡の抑制効果が得られる。そして、特に「実施例２」においては、正極電位Ｖｐが金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍに到達した後、一定時間ｔ０、その溶解電位Ｖｍを維持することにより、より顕著な短絡抑制効果を得ることが可能になっている。

また、このような第２の充電レートα２での低レート充電を実行した場合には、そのコンディショニング充電の所要時間が長くなりやすい。しかしながら、この点についても、「実施例３」のように、想定溶解完了時間Ｔｘの経過後、第２の充電レートα２による低レート充電から、第３の充電レートα３による高レート充電に切り替えることで、充電時間の短縮化を図ることが可能である。そして、これにより、製造コストの上昇を抑えつつ、その正極３に含まれる金属異物Ｍを要因とした短絡の発生を抑制して、高い信頼性を確保することができる。

なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・特定電位Ｖ０は任意に変更してもよい。金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍよりも低い値であればよい（Ｖ０＜Ｖｍ）。但し、コンディショニング充電の所要時間を短縮化する観点では、より金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍに近い値に、その特定電位Ｖ０を設定するとよい。これにより、その第１の充電レートα１による高レート充電の実行区間を長くして充電時間の短縮化を図ることができる。

・上記実施形態では、正極３に含まれる金属異物Ｍとして「銅（Ｃｕ）」が想定されることとしたが、「銅」以外の金属異物Ｍを想定して、その溶解電位Ｖｍを設定してもよい。

・また、正極電位Ｖｐが特定電位Ｖ０に到達した時点で、その充電レートαを第１の充電レートα１から第２の充電レートα２に切り替えてもよく、その正極電位Ｖｐが特定電位Ｖ０から溶解電位Ｖｍに到達するまでの間を充電レートαの移行区間としてもよい。即ち、第２の充電レートα２による低レート充電を実行する状態で、その正極電位Ｖｐが溶解電位Ｖｍに到達する構成でもよく、溶解電位Ｖｍへの到達によって、その第２の充電レートα２での低レート充電が開始される構成であってもよい。正極電位Ｖｐが金属異物の溶解電位Ｖｍ以上の状態で、充電開始時の第１の充電レートα１よりも低い第２の充電レートα２での低レート充電が実行される構成であればよい。

・上記各実施形態では、第１の充電レートα１を「４．５Ｃ」とし、第２の充電レートα２を「０．１Ｃ」としたが、これらの値は、任意に変更してもよい。更に、これらの第１の充電レートα１及び第２の充電レートα２は、それぞれ、必ずしも固定値でなくともよい。即ち、第１の充電レートα１よりも第２の充電レートα２が低い範囲において、これらのうちの何れか一方、又は両方が変動する値であってもよい。そして、第３の充電レートα３についてもまた、必ずしも第１の充電レートα１と等しい値でなくともよく、任意に設定してもよい。

・また、上記第２の実施形態に記載の構成と上記第３の実施形態に記載の構成とを組み合わせて実行してもよい。即ち、正極電位Ｖｐが金属異物Ｍの溶解電位Ｖｍに到達した後、一定時間ｔ０、その溶解電位Ｖｍを維持するとともに、想定溶解完了時間Ｔｘの経過後、第２の充電レートα２による低レート充電から、第３の充電レートα３での高レート充電に切り替えてもよい。このような構成を採用することで、より効果的に、正極３に含まれる金属異物Ｍを要因とした短絡の発生を抑制することができるとともに、併せて、その充電時間を短縮することができる。

・更に、このように上記第２の実施形態に記載の構成と上記第３の実施形態に記載の構成とを組み合わせて実行する場合においても、その正極電位Ｖｐを溶解電位Ｖｍに維持する一定時間ｔ０については、任意に設定してもよい。尚、この場合、その溶解電位Ｖｍを維持する一定時間ｔ０が長いほど、その想定溶解完了時間Ｔｘが短くなる。

１…リチウムイオン二次電池
３…正極
Ｖｐ…正極電位
Ｍ…金属異物
Ｖｍ…溶解電位
Ｖ０…特定電位
α１…第１の充電レート
α２…第２の充電レート

Claims (5)

1. 組み立てられたリチウムイオン二次電池に対して最初の充電を行う際、前記リチウムイオン二次電池の正極電位について、該リチウムイオン二次電池の正極への混入が想定される金属異物の溶解電位よりも低い特定電位を設定し、該特定電位に前記正極電位が到達するまでは、第１の充電レートで前記充電を実行するとともに、前記正極電位が前記特定電位に到達した後、前記正極電位が前記溶解電位以上の状態で、前記第１の充電レートよりも低い第２の充電レートで前記充電を実行するリチウムイオン二次電池の製造方法。
2. 前記正極電位が前記溶解電位に到達した後、該溶解電位を一定時間維持し、その後、前記第２の充電レートによる前記充電を実行する
   請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
3. 前記第２の充電レートによる前記充電の実行時間が前記金属異物の想定溶解完了時間を経過した後、前記第２の充電レートよりも高い第３の充電レートで前記充電を実行する
   請求項１又は請求項２に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
4. 前記金属異物として、銅が想定される
   請求項１～請求項３の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
5. 組み立てられたリチウムイオン二次電池に対して最初の充電を行う際、前記リチウムイオン二次電池の正極電位について、該リチウムイオン二次電池の正極への混入が想定される金属異物の溶解電位よりも低い特定電位を設定し、該特定電位に前記正極電位が到達するまでは、第１の充電レートで前記充電を実行するとともに、前記正極電位が前記特定電位に到達した後、前記正極電位が前記溶解電位以上の状態で、前記第１の充電レートよりも低い第２の充電レートで前記充電を実行する
   リチウムイオン二次電池の製造装置。

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