JP2023173595A - リチウムイオン二次電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】「使用初期において高負荷通電を行ったときの正極集電箔の表面からのＡｌ溶出」を低減することができるリチウムイオン二次電池の製造方法を提供する。【解決手段】正極集電箔６１の表面６１ｂ，６１ｃに正極活物質層６３を有する正極板６０を作製する正極板作製工程Ｓ２と、正極板６０と負極板７０を有する電極体５０を作製する電極体作製工程Ｓ４と、電極体５０を電池ケース３０の内部に収容する収容工程Ｓ５と、電極体５０を収容した電池ケース３０の内部に非水電解液９０を注入して注液完了電池１Ｂを作製する注液工程Ｓ７と、注液完了電池１Ｂに初充電を行う初充電工程Ｓ８とを備える。注液工程Ｓ７は、正極活物質層６３の水分量が１００ｐｐｍ以上である電極体５０を収容した電池ケース３０の内部に、非水電解液９０を注入する。【選択図】図３
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池の製造方法に関する。
特許文献１には、アルミニウム箔からなる正極集電箔の表面に正極活物質層を有する正極板と、負極板と、ＬｉＰＦ6を含む非水電解液と、を有するリチウムイオン二次電池の製造方法が開示されている。
アルミニウム箔からなる正極集電箔の表面に正極活物質層を有する正極板と、負極板と、ＬｉＰＦ6を含む非水電解液と、を有するリチウムイオン二次電池について、急速充電等の負荷の大きい通電を行ったとき、正極集電箔の局所において高電位となることがあった。そして、この高電位となった局所が腐食することで当該局所の表面からＡｌ（アルミニウム）が溶出し、これが負極表面に堆積することで、内部短絡する虞があった。具体的には、使用初期のリチウムイオン二次電池において、正極集電箔の表面に高耐食性を有するＡｌＦ3の被膜が十分に形成されていないために、上述の腐食によってＡｌの溶出が発生することがあった。
これに対し、特許文献１のリチウムイオン二次電池では、正極集電箔の表面においてＡｌＦ3の被膜形成を促進させる添加剤として、非水電解液中に、ＬｉＢＦ4とＬｉＦＯＢを加えるようにしている。しかしながら、これらの添加剤はコストが高く、また、使用初期段階では、ＡｌＦ3の被膜の形成が不十分であるために、急速充電等の高負荷通電を行った場合には、腐食によってＡｌ溶出が発生する虞があった。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、「使用初期において高負荷通電を行ったときの正極集電箔の表面からのＡｌ溶出」を低減することができるリチウムイオン二次電池の製造方法を提供することを目的とする。
(1)本発明の一態様は、アルミニウム箔からなる正極集電箔の表面に正極活物質層を有する正極板と、負極板と、ＬｉＰＦ6を含む非水電解液と、これらを収容する電池ケースと、を備えるリチウムイオン二次電池の製造方法において、前記正極集電箔の前記表面に前記正極活物質層を有する前記正極板を作製する正極板作製工程と、前記正極板と前記負極板とを有する電極体を作製する電極体作製工程と、前記電極体を前記電池ケース内に収容する収容工程と、前記電極体を収容した前記電池ケースの内部に前記非水電解液を注入して、注液完了電池を作製する注液工程と、前記注液完了電池について初充電を行う初充電工程と、を備え、前記注液工程は、前記正極活物質層の水分量が１００ｐｐｍ以上である前記電極体を収容した前記電池ケースの内部に、前記非水電解液を注入するリチウムイオン二次電池の製造方法である。
上述のリチウムイオン二次電池の製造方法では、注液工程において、正極活物質層の水分量（水分含有率）が１００ｐｐｍ以上である電極体を収容した電池ケース内に、非水電解液を注入する。正極活物質層の水分量を１００ｐｐｍ以上とした状態で注液工程を行うことで、電池ケース内に電解液を注入した後から電池を出荷するまでの間に、正極集電箔の表面に高耐食性を有するＡｌＦ3の被膜が適切に形成される。特に、初充電工程において、ＡｌＦ3の被膜生成反応が促進され、正極集電箔の表面の耐食性が高くなる。なお、従来の製造方法では、正極活物質層に含まれる水分が可能な限り少なくなるように製造しており、正極活物質層の水分量は１００ｐｐｍよりも遙かに少なくなっている。
上述のようにして製造されるリチウムイオン二次電池は、従来のリチウムイオン二次電池に比べて、完成して出荷できる状態になった時点における正極集電箔の表面の耐食性が高くなる。このため、上述の製造方法によって製造されたリチウムイオン二次電池では、従来のリチウムイオン二次電池に比べて、「使用初期において高負荷通電を行ったときの正極集電箔の表面からのＡｌ溶出」が低減される。
なお、以下の(a)～(b)の一連の反応によって、正極集電箔（アルミニウム箔）の表面に高耐食性を有するＡｌＦ3の被膜が形成される。また、正極板作製工程に供される正極集電箔（アルミニウム箔）の表面は、酸化被膜であるＡｌ2Ｏ3被膜によって被覆されている。従って、注液工程に供される電極体に含まれる正極集電箔の表面も、Ａｌ2Ｏ3被膜によって被覆されている。
(a) 注液工程において電池ケース内に電解液を注入した後、電池ケース内の正極板に含まれるＨ2Ｏが電解液中のＬｉＰＦ6と反応して、ＨＦが生成される。
ＬｉＰＦ6＋Ｈ2Ｏ→ＬｉＦ＋ＰＯＦ3＋２ＨＦ （式１）
(b) 生成されたＨＦが正極集電箔の表面のＡｌ2Ｏ3被膜と反応して、正極集電箔の表面にＡｌＦ3の被膜が生成される。
Ａｌ2Ｏ3＋６ＨＦ→２ＡｌＦ3＋３Ｈ2Ｏ （式２）
ＬｉＰＦ6＋Ｈ2Ｏ→ＬｉＦ＋ＰＯＦ3＋２ＨＦ （式１）
(b) 生成されたＨＦが正極集電箔の表面のＡｌ2Ｏ3被膜と反応して、正極集電箔の表面にＡｌＦ3の被膜が生成される。
Ａｌ2Ｏ3＋６ＨＦ→２ＡｌＦ3＋３Ｈ2Ｏ （式２）
(2)さらに、前記(1)のリチウムイオン二次電池の製造方法であって、前記注液工程は、前記正極活物質層の水分量が１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内である前記電極体を収容した前記電池ケースの内部に、前記非水電解液を注入するリチウムイオン二次電池の製造方法とすると良い。
注液工程を行うときの正極活物質層の水分量を多くするほど、正極集電箔の表面においてＡｌＦ3の被膜が形成され易くなり、正極集電箔の表面の耐食性を高めることができる。しかしながら、正極活物質層の水分量を多くし過ぎると、当該リチウムイオン二次電池の初期容量が低下する。具体的には、正極活物質層の水分量を５００ｐｐｍ以上にすると、リチウムイオン二次電池の初期容量の低下が大きくなる。従って、注液工程を行うときの正極活物質層の水分量は、１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内であるのが好ましい。
これに対し、上述の製造方法の注液工程では、正極活物質層の水分量が１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内である電極体を収容した電池ケースの内部に、非水電解液を注入する。このようにしてリチウムイオン二次電池を製造することで、「当該電池の使用初期において高負荷通電を行ったときの正極集電箔の表面からのＡｌ溶出」を低減できると共に、当該電池の初期容量の低下も抑制することができる。
(3)さらに、前記(2)のリチウムイオン二次電池の製造方法であって、前記正極板作製工程と前記注液工程との間に、前記正極活物質層の水分量を１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内の値に調整する水分量調整工程を備えるリチウムイオン二次電池の製造方法とすると良い。
上述の製造方法では、正極板作製工程と注液工程との間に設けた水分量調整工程において、正極活物質層の水分量を１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内の値に調整する。これにより、注液工程を開始するときの正極活物質層の水分量（水分含有率）を、１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内の値にする。すなわち、上述の製造方法は、正極板作製工程と注液工程との間に、注液工程を開始するときの正極活物質層の水分量を１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内の値にする水分量調整工程を備える。その後、注液工程において、正極活物質層の水分量が１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内である電極体を収容した電池ケースの内部に、非水電解液を注入する。
なお、水分量調整工程としては、例えば、正極板作製工程において作製された正極板を、一定の環境下（例えば、２５℃で５０％ＲＨの環境下）で一定時間放置することで、正極活物質層に水分を吸収させた後、注液工程の直前に、この正極板を有する電極体を、所定時間加熱乾燥して、当該電極体に含まれる正極活物質層の水分量を１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内の値に調整する工程を挙げることができる。なお、注液工程の直前に電極体を加熱乾燥させる場合、電極体は、電池ケース内に収容されて注液工程に供される状態にしておくと良い。
次に、本発明の実施形態について説明する。本実施形態のリチウムイオン二次電池１は、電池ケース３０と、電池ケース３０の内部に収容された電極体５０と、正極端子部材４１と、負極端子部材４５とを備える（図１及び図２参照）。電池ケース３０は、金属からなるハードケースであり、直方体箱状をなしている。この電池ケース３０は、角形有底筒状をなす金属製のケース本体２１と、ケース本体２１の開口を閉塞する矩形平板状をなす金属製の蓋体１１とを備える（図１及び図２参照）。
蓋体１１には、２つの矩形筒状の貫通孔（第１貫通孔と第２貫通孔、図示省略）が形成されている。第１貫通孔には正極端子部材４１が挿通されており、第２貫通孔には負極端子部材４５が挿通されている（図１及び図２参照）。なお、蓋体１１の第１貫通孔の内周面と正極端子部材４１の外周面との間、及び、蓋体１１の第２貫通孔の内周面と負極端子部材４５の外周面との間には、筒状の絶縁部材（図示省略）が介在している。
電極体５０は、正極板６０と、負極板７０と、正極板６０と負極板７０との間に介在するセパレータ８０と、を有する。より具体的には、電極体５０は、帯状の正極板６０と帯状の負極板７０と帯状のセパレータ８０とを備え、正極板６０と負極板７０とがセパレータ８０を間に介在させる態様で捲回された捲回電極体である（図８参照）。なお、電極体５０の内部には、非水電解液９０が含まれている（図２参照）。電池ケース３０の内部の底面側にも、非水電解液９０が収容されている。電極体５０のうち正極板６０は、電池ケース３０の内部において、正極端子部材４１に接続されている。また、負極板７０は、電池ケース３０の内部において、負極端子部材４５に接続されている。
正極板６０は、アルミニウム箔からなる正極集電箔６１と、正極集電箔６１の表面（第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃ）に積層された正極活物質層６３とを有する（図６参照）。正極活物質層６３は、正極活物質粒子６４とバインダ６５と導電材６６とを含有する。なお、本実施形態では、正極活物質粒子６４として、リチウム遷移金属複合酸化物粒子、具体的には、Ｌｉ(Ｎｉ1/3Ｍｎ1/3Ｃｏ1/3)Ｏ2の粒子を用いている。また、バインダ６５として、ＰＶＤＦを用いている。また、導電材６６として、アセチレンブラックを用いている。
負極板７０は、銅箔からなる負極集電箔７１と、負極集電箔７１の表面（第１表面７１ｂ及び第２表面７１ｃ）に積層された負極活物質層７３とを有する（図７参照）。負極活物質層７３は、負極活物質粒子７４とバインダ７５とを含有する。なお、本実施形態では、負極活物質粒子７４として、黒鉛粒子を用いている。また、バインダ７５として、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）とＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）とを用いている。
セパレータ８０は、ポリオレフィンからなる多孔質樹脂シートと、この多孔質樹脂シートの表面に形成された耐熱性粒子からなる耐熱層とを有する。なお、本実施形態では、多孔質樹脂シートとして、２つの多孔質ポリプロピレン層の間に多孔質ポリエチレン層が介在する３層構造の多孔質樹脂シートを用いている。また、非水電解液９０は、有機溶媒（具体的には、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとジメチルカーボネート）と、ＬｉＰＦ6とを有する。
次に、実施形態にかかるリチウムイオン二次電池１の製造方法について説明する。図３は、リチウムイオン二次電池１の製造方法の流れを示すフローチャートである。まず、ステップＳ１（正極ペースト作製工程）において、正極ペースト６３Ｐを作製する。具体的には、正極活物質粒子６４とバインダ６５と導電材６６と溶媒６９とを混合して、正極ペースト６３Ｐを作製する（図４参照）。なお、本実施形態では、正極活物質粒子６４として、リチウム遷移金属複合酸化物粒子、具体的には、Ｌｉ(Ｎｉ1/3Ｍｎ1/3Ｃｏ1/3)Ｏ2の粒子を用いている。また、バインダ６５として、ＰＶＤＦを用いている。また、導電材６６として、アセチレンブラックを用いている。
次に、ステップＳ２（正極板作製工程）において、正極集電箔６１の表面（第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃ）に正極活物質層６３を有する正極板６０を作製する。具体的には、まず、正極ペースト６３Ｐを、帯状の正極集電箔６１の第１表面６１ｂに塗布する。これにより、正極集電箔６１の第１表面６１ｂに、正極ペースト６３Ｐからなる正極ペースト層が形成される。次いで、正極集電箔６１の第１表面６１ｂに塗布した正極ペースト６３Ｐ（具体的には、正極ペースト６３Ｐからなる正極ペースト層）を乾燥させる。これにより、正極ペースト６３Ｐからなる正極ペースト層から溶媒６９が蒸発して、正極集電箔６１の第１表面６１ｂに正極活物質層６３が形成される（図５参照）。これと同様にして、正極集電箔６１の第２表面６１ｃにも正極活物質層６３を形成して、帯状の正極板６０を作製する（図６参照）。なお、ステップＳ２（正極板作製工程）に供される正極集電箔６１（アルミニウム箔）の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃは、酸化被膜であるＡｌ2Ｏ3被膜によって覆われている。
次いで、ステップＳ３（吸湿工程）において、正極板作製工程において作製された正極板６０を、２５℃で５０％ＲＨの環境下に、２４時間放置する。具体的には、温度２５℃且つ湿度５０％ＲＨに保持された恒温恒湿槽内に、正極板６０を２４時間収容しておく。これにより、正極板６０の正極活物質層６３に水分を吸収させる。
その後、ステップＳ４（電極体作製工程）において、吸湿工程を行った帯状の正極板６０と、帯状の負極板７０と、正極板６０と負極板７０との間に介在する帯状のセパレータ８０と、を有する電極体５０を作製する。具体的には、正極板６０と負極板７０との間にセパレータ８０を介在させる態様で、正極板６０と負極板７０とセパレータ８０とを捲回して、捲回電極体である電極体５０を作製する（図８参照）。
次に、ステップＳ５（収容工程）において、電極体５０を電池ケース３０の内部に収容する。具体的には、まず、蓋体１１を用意し、この蓋体１１に、正極端子部材４１と負極端子部材４５を組み付ける。その後、蓋体１１に組み付けられた正極端子部材４１と電極体５０に含まれる正極板６０とを接続する。具体的には、正極端子部材４１と電極体５０に含まれる正極板６０とを溶接する。さらに、蓋体１１に組み付けられた負極端子部材４５と電極体５０に含まれる負極板７０とを接続する。具体的には、負極端子部材４５と電極体５０に含まれる負極板７０とを溶接する。これにより、蓋体１１と電極体５０とが、正極端子部材４１及び負極端子部材４５を介して一体になる。
次いで、蓋体１１と一体にされた電極体５０を、ケース本体２１の内部に収容すると共に、蓋体１１によってケース本体２１の開口を閉塞する。この状態で、蓋体１１とケース本体２１とを全周溶接する。これにより、ケース本体２１と蓋体１１とが接合されて、電池ケース３０になると共に、組み付け完了電池１Ａが作製される（図９参照）。組み付け完了電池１Ａは、電池ケース３０と電極体５０と正極端子部材４１と負極端子部材４５とが組み付けられた構造体である。具体的には、組み付け完了電池１Ａは、電池ケース３０と、電池ケース３０の内部に収容された電極体５０と、電極体５０に接続された正極端子部材４１及び負極端子部材４５とを備える（図９参照）。
次に、ステップＳ６（乾燥工程）において、組み付け完了電池１Ａを、所定時間加熱乾燥する。これにより、組み付け完了電池１Ａの電極体５０に含まれる正極活物質層６３を乾燥させて、正極活物質層６３の水分量を１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内の値に調整する。例えば、組み付け完了電池１Ａを、１００℃の温度で２時間乾燥させることで、正極活物質層６３の水分量を１０２ｐｐｍにする。
次に、ステップＳ７（注液工程）において、電極体５０を収容した電池ケース３０の内部に非水電解液９０を注入して、注液完了電池１Ｂを作製する（図１０参照）。具体的には、組み付け完了電池１Ａを構成する電池ケース３０の蓋体１１には、図示しない注液孔が形成されている。この注液孔を通じて、組み付け完了電池１Ａを構成する電池ケース３０の内部に非水電解液９０を注入する（図１０参照）。これにより、電極体５０の内部に非水電解液９０を含浸させると共に、電池ケース３０の内部の底面側に非水電解液９０を収容させる。その後、注液孔を封止することで、注液完了電池１Ｂが作製される。
なお、本実施形態では、ステップＳ７（注液工程）の直前のステップＳ６（乾燥工程）において、正極活物質層６３の水分量（水分含有率）を、１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内の値に調整している。これにより、本実施形態の注液工程では、正極活物質層６３の水分量が１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内である電極体５０を収容した電池ケース３０の内部に、非水電解液９０が注入されることになる。
次いで、ステップＳ８（初充電工程）において、注液完了電池１Ｂについて初充電を行う。これにより、注液完了電池１Ｂが活性化されて、リチウムイオン二次電池１となる。なお、本実施形態の初充電工程では、０．２Ｃの一定電流値で、注液完了電池１Ｂの電池電圧値が４．１Ｖになるまで（すなわち、ＳＯＣ９０％になるまで）、注液完了電池１ＢについてＣＣ充電を行っている。その後、初充電を終えたリチウムイオン二次電池１について検査を行うことで、リチウムイオン二次電池１が完成して出荷できる状態になる。
なお、本実施形態の製造方法では、ステップＳ３（吸湿工程）とステップＳ６（乾燥工程）とが、水分量調整工程に相当する。換言すれば、ステップＳ３（吸湿工程）とステップＳ６（乾燥工程）とによって水分量調整工程が構成されている。本実施形態では、ステップＳ２（正極板作製工程）の後のステップＳ３（吸湿工程）において、予め設定した規定の水分量（規定値）に対して過剰となる水分を正極活物質層６３に吸収させておく。その後、ステップＳ７（注液工程）の直前のステップＳ６（乾燥工程）において、正極活物質層６３の過剰な水分を蒸発させることで、正極活物質層６３の水分量を、１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内の規定値に調整している。これにより、ステップＳ７（注液工程）を開始するときの正極活物質層６３の水分量を、１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内の値にしている。
ところで、従来、アルミニウム箔からなる正極集電箔の表面に正極活物質層を有する正極板と、負極板と、ＬｉＰＦ6を含む非水電解液と、を有するリチウムイオン二次電池について、急速充電等の高負荷通電を行ったとき、正極集電箔の局所において高電位となることがあった。そして、この高電位となった局所が腐食することで当該局所の表面からＡｌ（アルミニウム）が溶出し、これが負極表面に堆積することで、内部短絡する虞があった。具体的には、使用初期のリチウムイオン二次電池において、正極集電箔の表面に高耐食性を有するＡｌＦ3の被膜が十分に形成されていないために、上述の腐食によってＡｌの溶出が発生することがあった。
これに対し、本実施形態では、前述のように、注液工程（ステップＳ７）において、正極活物質層６３の水分量（水分含有率）が１００ｐｐｍ以上である電極体５０を収容した電池ケース３０内に、非水電解液９０を注入する。正極活物質層６３の水分量を１００ｐｐｍ以上とした状態で注液工程を行うことで、当該電池１のその後の製造過程において、正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃに、高耐食性を有するＡｌＦ3の被膜が形成され易くなる。
具体的には、正極板６０等を収容した電池ケース３０内に非水電解液９０を注入した後から、当該電池１が出荷できる状態になるまでの間に、下記の一連の反応(a)～(b)が起こることによって、従来に比べて、正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃにおいて、ＡｌＦ3の被膜の形成が促進される。特に、初充電工程において、下記の一連の反応(a)～(b)が促進されることで、ＡｌＦ3の被膜の形成が促進され、正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃの耐食性が高くなる。
なお、従来の製造方法では、正極活物質層に含まれる水分が可能な限り少なくなるように製造しており、正極活物質層の水分量は１００ｐｐｍよりも遙かに少なくなっている。また、正極板作製工程（ステップＳ２）に供される正極集電箔６１（アルミニウム箔）の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃは、酸化被膜であるＡｌ2Ｏ3被膜によって形成されている。従って、注液工程（ステップＳ７）に供される電極体５０に含まれる正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃも、Ａｌ2Ｏ3被膜によって形成されている。
(a) 注液工程において電池ケース３０内に非水電解液９０を注入した後、電池ケース３０内の正極板６０（詳細には、正極活物質層６３）に含まれるＨ2Ｏが非水電解液９０中のＬｉＰＦ6と反応して、ＨＦが生成される。
ＬｉＰＦ6＋Ｈ2Ｏ→ＬｉＦ＋ＰＯＦ3＋２ＨＦ （式１）
(b) 生成されたＨＦが、正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃをなすＡｌ2Ｏ3被膜と反応して、正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃに、ＡｌＦ3の被膜が生成される。
Ａｌ2Ｏ3＋６ＨＦ→２ＡｌＦ3＋３Ｈ2Ｏ （式２）
ＬｉＰＦ6＋Ｈ2Ｏ→ＬｉＦ＋ＰＯＦ3＋２ＨＦ （式１）
(b) 生成されたＨＦが、正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃをなすＡｌ2Ｏ3被膜と反応して、正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃに、ＡｌＦ3の被膜が生成される。
Ａｌ2Ｏ3＋６ＨＦ→２ＡｌＦ3＋３Ｈ2Ｏ （式２）
従って、上述のようにして製造されるリチウムイオン二次電池１は、従来のリチウムイオン二次電池に比べて、完成して出荷できる状態になった時点における正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃの耐食性が高くなる。このため、上述の製造方法によって製造されたリチウムイオン二次電池１では、従来のリチウムイオン二次電池に比べて、「使用初期において高負荷通電を行ったときの正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃからのＡｌ溶出」が低減される。
ところで、注液工程を行うときの正極活物質層６３の水分量を多くするほど、正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃにおいてＡｌＦ3の被膜が形成され易くなり、正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃの耐食性を高めることができる。しかしながら、正極活物質層６３の水分量を多くし過ぎると、当該リチウムイオン二次電池１の初期容量が低下する。具体的には、後述するように、正極活物質層６３の水分量を５００ｐｐｍ以上にすると、リチウムイオン二次電池１の初期容量の低下が大きくなる。従って、注液工程を行うときの正極活物質層６３の水分量は、１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内であるのが好ましい。
これに対し、本実施形態の注液工程では、正極活物質層６３の水分量が１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内である電極体５０を収容した電池ケース３０の内部に、非水電解液９０を注入する。このようにしてリチウムイオン二次電池１を製造することで、「当該電池１の使用初期において高負荷通電を行ったときの正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃからのＡｌ溶出」を低減できると共に、当該電池１の初期容量の低下も抑制することができる。
＜実施例１～３＞
実施例１～３では、ステップＳ６（乾燥工程）における組み付け完了電池１Ａの乾燥温度を異ならせて、正極活物質層６３の水分量を異ならせた。これにより、ステップＳ７（注液工程）に供する実施例１～３の組み付け完了電池１Ａについて、正極活物質層６３の水分量が異なるようにした。それ以外は同様にして、実施例１～３のリチウムイオン二次電池１を作製した。なお、各実施例の正極活物質層６３の水分量は、公知のカールフィシャー水分計によって測定している。
実施例１～３では、ステップＳ６（乾燥工程）における組み付け完了電池１Ａの乾燥温度を異ならせて、正極活物質層６３の水分量を異ならせた。これにより、ステップＳ７（注液工程）に供する実施例１～３の組み付け完了電池１Ａについて、正極活物質層６３の水分量が異なるようにした。それ以外は同様にして、実施例１～３のリチウムイオン二次電池１を作製した。なお、各実施例の正極活物質層６３の水分量は、公知のカールフィシャー水分計によって測定している。
具体的には、実施例１では、ステップＳ６（乾燥工程）において、組み付け完了電池１Ａを１００℃の温度で２時間乾燥させて、正極活物質層６３の水分量を１０２ｐｐｍにした。これにより、ステップＳ７（注液工程）に供する組み付け完了電池１Ａについて、正極活物質層６３の水分量を１０２ｐｐｍにした。従って、実施例１の注液工程では、正極活物質層６３の水分量が１０２ｐｐｍである電極体５０を収容した電池ケース３０の内部に、非水電解液９０を注入したことになる。
実施例２では、ステップＳ６（乾燥工程）において、組み付け完了電池１Ａを８０℃の温度で２時間乾燥させて、正極活物質層６３の水分量を１５８ｐｐｍにした。これにより、ステップＳ７（注液工程）に供する組み付け完了電池１Ａについて、正極活物質層６３の水分量を１５８ｐｐｍにした。従って、実施例２の注液工程では、正極活物質層６３の水分量が１５８ｐｐｍである電極体５０を収容した電池ケース３０の内部に、非水電解液９０を注入したことになる。
実施例３では、ステップＳ６（乾燥工程）において、組み付け完了電池１Ａを３０℃の温度で２時間乾燥させて、正極活物質層６３の水分量を５００ｐｐｍにした。これにより、ステップＳ７（注液工程）に供する組み付け完了電池１Ａについて、正極活物質層６３の水分量を５００ｐｐｍにした。従って、実施例３の注液工程では、正極活物質層６３の水分量が５００ｐｐｍである電極体５０を収容した電池ケース３０の内部に、非水電解液９０を注入したことになる。
＜比較例１＞
比較例１では、ステップＳ６（乾燥工程）において、組み付け完了電池１Ａを１１０℃の温度で２時間乾燥させて、正極活物質層６３の水分量を６８ｐｐｍにした。これにより、ステップＳ７（注液工程）に供する組み付け完了電池１Ａについて、正極活物質層６３の水分量を６８ｐｐｍにした。従って、比較例１の注液工程では、正極活物質層６３の水分量が６８ｐｐｍである電極体５０を収容した電池ケース３０の内部に、非水電解液９０を注入したことになる。それ以外は実施例１と同様にして、比較例１のリチウムイオン二次電池を作製した。
比較例１では、ステップＳ６（乾燥工程）において、組み付け完了電池１Ａを１１０℃の温度で２時間乾燥させて、正極活物質層６３の水分量を６８ｐｐｍにした。これにより、ステップＳ７（注液工程）に供する組み付け完了電池１Ａについて、正極活物質層６３の水分量を６８ｐｐｍにした。従って、比較例１の注液工程では、正極活物質層６３の水分量が６８ｐｐｍである電極体５０を収容した電池ケース３０の内部に、非水電解液９０を注入したことになる。それ以外は実施例１と同様にして、比較例１のリチウムイオン二次電池を作製した。
＜高負荷通電試験＞
次に、実施例１～３及び比較例１のリチウムイオン二次電池について、高負荷通電試験を行った。なお、本試験に供されるリチウムイオン二次電池は、いずれも、完成して出荷できる状態になった時点のリチウムイオン二次電池であり、未使用品（すなわち、新品）である。従って、本試験に供されるリチウムイオン二次電池は、いずれも、本試験による高負荷通電が、使用初期における高負荷通電となる。
次に、実施例１～３及び比較例１のリチウムイオン二次電池について、高負荷通電試験を行った。なお、本試験に供されるリチウムイオン二次電池は、いずれも、完成して出荷できる状態になった時点のリチウムイオン二次電池であり、未使用品（すなわち、新品）である。従って、本試験に供されるリチウムイオン二次電池は、いずれも、本試験による高負荷通電が、使用初期における高負荷通電となる。
本試験では、各リチウムイオン二次電池について、２５℃の温度環境下で、下記の充放電サイクルを１サイクルとして、２０サイクルの充放電を行った。具体的には、充放電サイクルは、以下の通りである。まず、１Ｃの電流値で、ＳＯＣ８０％（すなわち、電池電圧値が４．０Ｖ）になるまで充電する。その後、０．２Ｃの電流値で、ＳＯＣ１５％（すなわち、電池電圧値が３．５Ｖ）になるまで放電する。その後、８時間休止する。この充放電サイクルを１サイクルとして、２０サイクルの充放電を行った。
各リチウムイオン二次電池について、上述の充放電サイクルを２０サイクル行った後、正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃからのＡｌ溶出の有無を調査した。具体的には、充放電サイクルを２０サイクル行った後、各リチウムイオン二次電池を解体して正極板を取り出す。そして、取り出した正極板を、エチルメチルカーボネート中に１０分間浸漬させ、その後乾燥させて、正極板に付着している非水電解液９０の成分を除去する。その後、この正極板の正極集電箔６１から正極活物質層を剥離して、正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃを露出させる。そして、正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃをマイクロスコープで観察して、孔食の有無を確認した。なお、孔食は、正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃからのＡｌ溶出に因るものである。従って、孔食の有無によって、Ａｌ溶出の有無を判断することができる。この結果を表１に示す。なお、表１では、「Ａｌ孔食」と記載している。
表１に示すように、実施例１～３では、正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃに孔食は存在しなかった。この結果から、実施例１～３のリチウムイオン二次電池１では、使用初期において高負荷通電を行ったときに、正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃからのＡｌ溶出を防止することができたといえる。従って、実施例１～３のリチウムイオン二次電池１は、使用初期において高負荷通電を行ったときに、正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃからのＡｌ溶出が発生し難いリチウムイオン二次電池であるといえる。
一方、比較例１では、正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃに孔食が存在した。従って、比較例１のリチウムイオン二次電池は、使用初期において高負荷通電を行ったときに、正極集電箔６１の第１表面６１ｂ及び第２表面６１ｃからのＡｌ溶出が発生し易いリチウムイオン二次電池であるといえる。
以上の結果より、注液工程（ステップＳ７）において、正極活物質層６３の水分量（水分含有率）が１００ｐｐｍ以上である電極体５０を収容した電池ケース３０内に、非水電解液９０を注入することで、「使用初期において高負荷通電を行ったときの正極集電箔の表面からのＡｌ溶出」を低減することができるリチウムイオン二次電池を製造することができるといえる。従って、本実施形態の製造方法は、「使用初期において高負荷通電を行ったときの正極集電箔の表面からのＡｌ溶出」を低減することができるリチウムイオン二次電池の製造方法であるといえる。
＜初期容量測定試験＞
実施例１～３及び比較例１のリチウムイオン二次電池について、初期容量を測定した。なお、本試験に供されるリチウムイオン二次電池は、いずれも、完成して出荷できる状態になった時点のリチウムイオン二次電池であり、未使用品（すなわち、新品）である。具体的には、まず、各リチウムイオン二次電池について、０．２Ｃの電流値で、電池電圧値が４．２Ｖになるまで充電する。その後、電池電圧値を４．２Ｖに維持しつつ充電を行って、ＳＯＣ１００％にする。その後、０．２Ｃの電流値で、電池電圧値が３．０Ｖになるまで放電する。その後、電池電圧値を３．０Ｖに維持しつつ放電を行って、ＳＯＣ０％にする。このとき、ＳＯＣ１００％からＳＯＣ０％になるまでの放電電気量を、各リチウムイオン二次電池の初期容量として測定した。そして、各リチウムイオン二次電池の初期容量の大きさを評価した。その結果を表１に示す。
実施例１～３及び比較例１のリチウムイオン二次電池について、初期容量を測定した。なお、本試験に供されるリチウムイオン二次電池は、いずれも、完成して出荷できる状態になった時点のリチウムイオン二次電池であり、未使用品（すなわち、新品）である。具体的には、まず、各リチウムイオン二次電池について、０．２Ｃの電流値で、電池電圧値が４．２Ｖになるまで充電する。その後、電池電圧値を４．２Ｖに維持しつつ充電を行って、ＳＯＣ１００％にする。その後、０．２Ｃの電流値で、電池電圧値が３．０Ｖになるまで放電する。その後、電池電圧値を３．０Ｖに維持しつつ放電を行って、ＳＯＣ０％にする。このとき、ＳＯＣ１００％からＳＯＣ０％になるまでの放電電気量を、各リチウムイオン二次電池の初期容量として測定した。そして、各リチウムイオン二次電池の初期容量の大きさを評価した。その結果を表１に示す。
表１に○印で示すように、実施例１，２及び比較例１のリチウムイオン二次電池では、十分な初期容量を得ることができた。具体的には、初期容量は、比較例１が一番大きく、実施例１が２番目に大きく、実施例２が３番目に大きかった。詳細には、実施例１，２のリチウムイオン二次電池の初期容量は、比較例１のリチウムイオン二次電池の初期容量よりも小さくなったが、その低下量は僅かであった。
一方、実施例３のリチウムイオン二次電池では、表１に△印で示すように、比較例１のリチウムイオン二次電池の初期容量よりも小さくなり、その低下量は、実施例１，２のリチウムイオン二次電池に比べて大きくなった。以上の結果から、注液工程を行うときの正極活物質層６３の水分量を多くするほど、リチウムイオン二次電池の初期容量が小さくなり、その水分量を５００ｐｐｍ以上にすると、リチウムイオン二次電池の初期容量の低下が大きくなることが判った。
前述の高負荷通電試験の結果と初期容量測定試験の結果から、注液工程を行うときの正極活物質層６３の水分量は、１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内であるのがより好ましいといえる。具体的には、高負荷通電試験の結果より、注液工程を行うときの正極活物質層６３の水分量を１００ｐｐｍ以上とすることで、正極集電箔６１からのＡｌ溶出を抑制する効果を得ることができるといえる。但し、初期容量測定試験の結果から、注液工程を行うときの正極活物質層６３の水分量を５００ｐｐｍ以上にすると、リチウムイオン二次電池の初期容量の低下が大きくなることが判った。従って、注液工程を行うときの正極活物質層６３の水分量を、１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内とするのが、より好ましいといえる。
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
１ リチウムイオン二次電池
１Ａ 組み付け完了電池
１Ｂ 注液完了電池
３０ 電池ケース
５０ 電極体
６０ 正極板
６１ 正極集電箔
６３ 正極活物質層
６３Ｐ 正極ペースト
６４ 正極活物質粒子
６５ バインダ
６６ 導電材
６９ 溶媒
７０ 負極板
９０ 非水電解液
１Ａ 組み付け完了電池
１Ｂ 注液完了電池
３０ 電池ケース
５０ 電極体
６０ 正極板
６１ 正極集電箔
６３ 正極活物質層
６３Ｐ 正極ペースト
６４ 正極活物質粒子
６５ バインダ
６６ 導電材
６９ 溶媒
７０ 負極板
９０ 非水電解液
Claims (3)
- アルミニウム箔からなる正極集電箔の表面に正極活物質層を有する正極板と、負極板と、ＬｉＰＦ6を含む非水電解液と、これらを収容する電池ケースと、を備えるリチウムイオン二次電池の製造方法において、
前記正極集電箔の前記表面に前記正極活物質層を有する前記正極板を作製する正極板作製工程と、
前記正極板と前記負極板とを有する電極体を作製する電極体作製工程と、
前記電極体を前記電池ケース内に収容する収容工程と、
前記電極体を収容した前記電池ケースの内部に前記非水電解液を注入して、注液完了電池を作製する注液工程と、
前記注液完了電池について初充電を行う初充電工程と、を備え、
前記注液工程は、前記正極活物質層の水分量が１００ｐｐｍ以上である前記電極体を収容した前記電池ケースの内部に、前記非水電解液を注入する
リチウムイオン二次電池の製造方法。 - 請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法であって、
前記注液工程は、前記正極活物質層の水分量が１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内である前記電極体を収容した前記電池ケースの内部に、前記非水電解液を注入する
リチウムイオン二次電池の製造方法。 - 請求項２に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法であって、
前記正極板作製工程と前記注液工程との間に、前記正極活物質層の水分量を１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満の範囲内の値に調整する水分量調整工程を備える
リチウムイオン二次電池の製造方法。
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