JP5464117B2 - Method for producing lithium ion secondary battery - Google Patents
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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。 The present invention relates to a method for manufacturing a lithium ion secondary battery.
近年、リチウムイオン二次電池は、ハイブリッド自動車や電気自動車などの駆動用電源として、また、ノート型パソコンやビデオカムコーダなどのポータブル電子機器の駆動用電源として、需要が高まっている。
特許文献1には、ジフルオロリン酸塩を含有する電解液を用いたリチウムイオン二次電池が提案されている。ジフルオロリン酸塩を含有する電解液を用いることで、低温放電特性(低温出力特性)などが良好になることが記載されている。
In recent years, the demand for lithium ion secondary batteries has been increasing as a driving power source for hybrid vehicles and electric vehicles, and as a driving power source for portable electronic devices such as notebook computers and video camcorders.
ところで、ジフルオロリン酸塩を含有する電解液を用いたリチウムイオン二次電池は、例えば、以下のようにして製造する。まず、組み付け工程において、正極活物質及び負極活物質を有する電極体と、ジフルオロリン酸塩を含有する電解液とを、電池ケース内に収容した電池を作製する。次いで、初期充電工程において、組み付け工程で作製した電池を初期充電する。その後、エージング工程において、初期充電工程を終えた電池を、所定の温度で一定時間安置してエージングする。 By the way, a lithium ion secondary battery using an electrolytic solution containing difluorophosphate is manufactured as follows, for example. First, in the assembling step, a battery in which an electrode body having a positive electrode active material and a negative electrode active material and an electrolytic solution containing difluorophosphate is housed in a battery case is manufactured. Next, in the initial charging step, the battery produced in the assembly step is initially charged. Thereafter, in the aging process, the battery that has finished the initial charging process is aged at a predetermined temperature for a fixed time.
次に、第1自己放電工程において、エージング工程を終えた電池を、所定期間放置することにより自己放電させる。その後、放電量測定工程において、自己放電工程を終えた電池を強制的に放電させて、電池電圧値が所定の測定開始電圧値から放電終止電圧値に至るまでの間の放電電気量を測定する。次いで、内部抵抗測定工程において、放電量測定工程を終えた電池の内部抵抗を測定する。 Next, in the first self-discharge process, the battery that has finished the aging process is left to stand for a predetermined period to be self-discharged. Thereafter, in the discharge amount measurement step, the battery that has finished the self-discharge step is forcibly discharged, and the amount of discharge electric current between the battery voltage value from the predetermined measurement start voltage value to the discharge end voltage value is measured. . Next, in the internal resistance measurement step, the internal resistance of the battery that has finished the discharge amount measurement step is measured.
次に、電池列拘束工程において、放電量測定工程を終えた電池を複数用意し、これらの電池を一列または複数列に列置して1または複数列の電池列にすると共に、この電池列を、その両端側から押圧治具で挟んで拘束状態にする。その後、第2自己放電工程において、拘束状態の電池列を放置することにより、電池列をなす各々の電池を自己放電させる。
第2自己放電工程では、電池列をなす各々の電池について、放置前後の電池電圧値を測定し、放置前後の電池電圧差に基づいて、各々の電池に内部短絡が生じているか否かを判断する。内部短絡が生じている電池では、内部短絡が生じていない電池(正常な電池)に比べて、放置による自己放電量が大きくなるので、電池電圧値が小さくなり、放置前後の電池電圧差も大きくなると考えられる。従って、放置前後の電池電圧差に基づいて、電池に内部短絡が生じているか否かを判断することが可能となる。
Next, in the battery row restraint step, a plurality of batteries that have completed the discharge amount measurement step are prepared, and these batteries are arranged in one row or a plurality of rows to form one or a plurality of battery rows. Then, it is held in a restrained state by being sandwiched by pressing jigs from both ends. Thereafter, in the second self-discharge step, the batteries in the battery array are self-discharged by leaving the battery array in a restrained state.
In the second self-discharge process, the battery voltage value before and after being left is measured for each battery in the battery array, and it is determined whether or not an internal short circuit has occurred in each battery based on the battery voltage difference before and after being left. To do. A battery with an internal short circuit has a larger self-discharge amount due to neglected than a battery with no internal short circuit (normal battery), so the battery voltage value is smaller, and the battery voltage difference before and after leaving is greater. It is considered to be. Therefore, it is possible to determine whether or not an internal short circuit has occurred in the battery based on the battery voltage difference before and after being left.
ところが、ジフルオロリン酸塩を含有する電解液を用いたリチウムイオン二次電池は、第2自己放電工程において放置を開始すると、その後、しばらくの間、電池電圧が上昇してゆく傾向にあった。例えば、放置開始後、約1週間も電池電圧が上昇し、その後、電池電圧値が低下してゆくことがあった。電池電圧値が上昇している間は、電池の自己放電特性が把握できない(内部短絡している電池としていない電池との判別ができない)ため、電池電圧値の上昇が終了するのを待って、その後、規定期間、拘束状態の電池列を放置して、電池に内部短絡が生じているか否かを判断する必要があった。 However, a lithium ion secondary battery using an electrolytic solution containing difluorophosphate has a tendency for the battery voltage to increase for a while after starting to stand in the second self-discharge process. For example, the battery voltage may increase for about a week after the start of standing, and then the battery voltage value may decrease. While the battery voltage value is rising, the self-discharge characteristics of the battery cannot be grasped (it cannot be distinguished from a battery that is not internally short-circuited), so wait for the battery voltage value to finish rising, After that, it was necessary to leave the battery array in a restrained state for a specified period and determine whether an internal short circuit occurred in the battery.
このように、ジフルオロリン酸塩を含有する電解液を用いたリチウムイオン二次電池を製造する場合、第2自己放電工程において、放置開始後しばらくの間、電池電圧が上昇することが原因で、工程期間が長くなることが課題となっていた。このため、第2自己放電工程において、放置開始後の電池電圧上昇期間をできる限り短縮することが求められていた。 Thus, when producing a lithium ion secondary battery using an electrolytic solution containing difluorophosphate, in the second self-discharge step, the battery voltage rises for a while after starting to stand, A long process time has been a problem. For this reason, in the 2nd self-discharge process, it was calculated | required to shorten as much as possible the battery voltage rise period after a leaving start.
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、ジフルオロリン酸塩を含有する電解液を用いたリチウムイオン二次電池の製造方法において、上述の第2自己放電工程における放置開始後の電池電圧上昇期間を短縮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。 The present invention has been made in view of such problems, and in a method for manufacturing a lithium ion secondary battery using an electrolytic solution containing a difluorophosphate, after the start of standing in the second self-discharge step described above. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a lithium ion secondary battery that can shorten the battery voltage increase period.
本発明の一態様は、正極活物質及び負極活物質を有する電極体と、LiPF 2 O 2 を含有する電解液とを、電池ケース内に収容した電池を作製する組み付け工程と、上記組み付け工程を終えた上記電池を初期充電する初期充電工程と、上記初期充電工程を終えた上記電池を、所定の温度で一定時間安置してエージングするエージング工程と、上記エージング工程を終えた上記電池を、所定期間放置することにより自己放電させる第1自己放電工程と、上記第1自己放電工程を終えた上記電池を、その電池電圧値が所定の第1放電終止電圧値に至るまで強制的に放電させつつ、上記電池電圧値が所定の測定開始電圧値から上記第1放電終止電圧値に至るまでの間の上記電池の放電電気量を測定する放電量測定工程と、上記放電量測定工程を終えた上記電池の内部抵抗値を測定する内部抵抗測定工程と、上記内部抵抗測定工程を終えた上記電池を複数用意し、これらの電池を一列または複数列に列置して1または複数列の電池列にすると共に、上記電池列を、その両端側から押圧治具で挟んで拘束状態にする電池列拘束工程と、上記拘束状態の上記電池列を放置することにより、上記電池列をなす各々の上記電池を自己放電させる第2自己放電工程と、を備えるリチウムイオン二次電池の製造方法であって、上記正極活物質は、Li X MO 2 (Mは、Niである、または、主成分であるNiの他にAl,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Cu,Zn,Mg,Ga,Zr,Siの少なくともいずれかを含むものである、1.04≦X≦1.15)であり、上記負極活物質は、黒鉛と非晶質炭素とからなり、上記負極活物質の粒子のBET比表面積が、2.8〜5.2m 2 /gの範囲内であり、上記電解液中の上記LiPF 2 O 2 の濃度が、0.01〜0.076mol/Lの範囲内であり、上記内部抵抗測定工程では、上記電池の電圧値が所定の放電開始電圧値から所定の第2放電終止電圧値に至るまでの間、上記電池を所定の一定電流値で強制的に放電させつつ、当該放電を開始してから規定の放電時間が経過したときの電池電圧値を計測し、上記放電開始電圧値からこの電池電圧値を差し引いた電圧差分値を算出して、この電圧差分値と上記一定電流値とから上記電池の内部抵抗値を算出し、上記第2自己放電工程は、上記電池列の放置を開始してから上記電池電圧値が上昇する場合は、上記電池電圧値の上昇期間が経過した後から規定期間、上記拘束状態の上記電池列を放置する一方、上記電池列の放置を開始してから上記電池電圧値が上昇することなく低下する場合は、上記電池列の放置を開始してから上記規定期間、上記拘束状態の上記電池列を放置して、上記電池列をなす上記電池を自己放電させる工程であり、当該製造方法は、下記の(1)及び(2)の少なくともいずれかの条件を満たすリチウムイオン二次電池の製造方法である。
(1)上記放電量測定工程では、上記第1放電終止電圧値を2.5V以上3.55V以下の範囲内の値とする。
(2)上記内部抵抗測定工程では、上記第2放電終止電圧値を1.5V以上3.55V以下の範囲内の値とする。
One embodiment of the present invention includes an assembly process for manufacturing a battery in which an electrode body having a positive electrode active material and a negative electrode active material, and an electrolytic solution containing LiPF 2 O 2 is housed in a battery case, and the assembly process described above. An initial charging step for initial charging the finished battery, an aging step for aging the battery after the initial charging step for a predetermined time at a predetermined temperature, and the battery after the aging step for a predetermined time. A first self-discharge step that self-discharges by leaving for a period of time, and the battery that has finished the first self-discharge step is forcibly discharged until the battery voltage value reaches a predetermined first discharge end voltage value The discharge amount measuring step of measuring the amount of discharged electricity of the battery between the battery voltage value from the predetermined measurement start voltage value to the first discharge end voltage value, and the discharge amount measuring step are finished. An internal resistance measurement step for measuring the internal resistance value of the battery and a plurality of the batteries after the internal resistance measurement step are prepared, and the batteries are arranged in one or a plurality of rows to form one or a plurality of battery rows A battery row restraining step of holding the battery row in a restrained state by sandwiching the battery row from both ends with a pressing jig, and leaving the battery row in the restrained state, And a second self-discharge step of self-discharging the battery, wherein the positive electrode active material is Li x MO 2 (M is Ni or is a main component). In addition to Ni, it contains at least one of Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, and Si, 1.04 ≦ X ≦ 1.15), The negative electrode active material is graphite and non- Consists of a quality carbon, BET specific surface area of the particles of the negative electrode active material is in the range of 2.8~5.2m 2 / g, the concentration of the LiPF 2 O 2 in the electrolyte solution, 0. In the range of 01 to 0.076 mol / L, and in the internal resistance measurement step, the battery is operated while the voltage value of the battery reaches a predetermined second discharge end voltage value from a predetermined discharge start voltage value. A voltage obtained by subtracting this battery voltage value from the above discharge start voltage value while forcibly discharging at a predetermined constant current value, measuring the battery voltage value when the specified discharge time has elapsed since the start of the discharge. A difference value is calculated, an internal resistance value of the battery is calculated from the voltage difference value and the constant current value, and the battery voltage value is determined after the second self-discharge step starts leaving the battery row. When the battery voltage rises, the battery voltage value rise period has elapsed Defined period from after, while leaving the aforementioned cell columns of the constraint condition, if lowered without the battery voltage rises from the start of the left of the battery banks starts left of the battery banks And the self-discharge of the battery forming the battery row by leaving the battery row in the constrained state for the specified period, and the manufacturing method includes at least one of the following (1) and (2): This is a method of manufacturing a lithium ion secondary battery that satisfies the above conditions.
(1) In the discharge amount measuring step, the first discharge end voltage value is set to a value within a range of 2.5V to 3.55V.
(2) In the internal resistance measurement step, the second discharge end voltage value is set to a value within a range of 1.5V to 3.55V.
上述のリチウムイオン二次電池の製造方法では、上記の(1)及び(2)の少なくともいずれかの条件を満たす。
具体的には、(1)放電量測定工程では、第1放電終止電圧値を2.5V以上3.55V以下の範囲内の値とする。すなわち、放電量測定工程では、第1自己放電工程を終えた電池を、その電池電圧値が2.5V以上3.55V以下の範囲内の値(第1放電終止電圧値)に至るまで強制的に放電させる。
In the method for manufacturing a lithium ion secondary battery described above, at least one of the above conditions (1) and (2) is satisfied.
Specifically, in the (1) discharge amount measurement step, the first discharge end voltage value is set to a value within the range of 2.5V to 3.55V. That is, in the discharge amount measurement step, the battery that has finished the first self-discharge step is forced to reach a value (first discharge end voltage value) in which the battery voltage value is in the range of 2.5V to 3.55V. To discharge.
本発明者が調査したところ、放電量測定工程における第1放電終止電圧値を小さくするほど、上述の第2自己放電工程における放置開始後の電池電圧上昇期間を短縮できることが判明した。しかしながら、放電量測定工程における第1放電終止電圧値を小さくし過ぎると、電池の内部抵抗が大きくなり過ぎることが判明した。調査の結果、第1放電終止電圧値を2.5V以上3.55V以下の範囲内の値とすることで、第2自己放電工程における放置開始後の電池電圧上昇期間を短縮することがき、且つ、電池の内部抵抗も小さくすることができる。 As a result of investigation by the present inventor, it was found that the battery voltage increase period after the start of standing in the second self-discharge process can be shortened as the first discharge end voltage value in the discharge amount measurement process is decreased. However, it has been found that if the first discharge end voltage value in the discharge amount measuring step is too small, the internal resistance of the battery becomes too large. As a result of the investigation, by setting the first discharge end voltage value to a value within the range of 2.5 V or more and 3.55 V or less, it is possible to shorten the battery voltage increase period after the start of standing in the second self-discharge process, and The internal resistance of the battery can also be reduced.
なお、放電量測定工程では、電池の電池電圧値が第1放電終止電圧値Veに至るまで、電池を放電させ、その放電期間中に、電池電圧値が所定の測定開始電圧値Vdから第1放電終止電圧値Veに至るまでの間の電池の放電電気量Qdeを測定する。その後、例えば、放電電気量Qdeが所定の閾値Tdeより小さいか否かを判定し、放電電気量Qdeが閾値Tdeより小さい電池を、不良品として取り除く(例えば、廃棄する)ようにしても良い。なお、第1放電終止電圧値Veは、測定開始電圧値Vdよりも小さい値である。 In the discharge amount measuring step, the battery is discharged until the battery voltage value of the battery reaches the first discharge end voltage value Ve, and the battery voltage value is changed from the predetermined measurement start voltage value Vd to the first during the discharge period. The amount of discharge electricity Qde of the battery until reaching the final discharge voltage value Ve is measured. Thereafter, for example, it may be determined whether or not the discharge electricity amount Qde is smaller than a predetermined threshold value Tde, and a battery having a discharge electricity amount Qde smaller than the threshold value Tde may be removed as a defective product (for example, discarded). The first discharge end voltage value Ve is a value smaller than the measurement start voltage value Vd.
また、(2)内部抵抗測定工程では、第2放電終止電圧値を1.5V以上3.55V以下の範囲内の値とする。すなわち、内部抵抗測定工程では、電池の電圧値が1.5V以上3.55V以下の範囲内の値(第2放電終止電圧値)に至るまで、電池を強制的に放電させる。 In the (2) internal resistance measurement step, the second discharge end voltage value is set to a value within the range of 1.5V to 3.55V. That is, in the internal resistance measurement step, the battery is forcibly discharged until the voltage value of the battery reaches a value (second discharge end voltage value) in the range of 1.5V to 3.55V.
本発明者が調査したところ、内部抵抗測定工程における第2放電終止電圧値を小さくするほど、上述の第2自己放電工程における放置開始後の電池電圧上昇期間を短縮できることが判明した。しかしながら、内部抵抗測定工程における第1放電終止電圧値を小さくし過ぎると、電池の内部抵抗が大きくなり過ぎることが判明した。調査の結果、第2放電終止電圧値を1.5V以上3.55V以下の範囲内の値とすることで、第2自己放電工程における放置開始後の電池電圧上昇期間を短縮することがき、且つ、電池の内部抵抗も小さくすることができる。 As a result of investigation by the present inventor, it was found that the battery voltage increase period after the start of standing in the second self-discharge process can be shortened as the second discharge end voltage value in the internal resistance measurement process is decreased. However, it has been found that if the first discharge end voltage value in the internal resistance measurement step is too small, the internal resistance of the battery becomes too large. As a result of the investigation, by setting the second discharge end voltage value to a value within the range of 1.5 V or more and 3.55 V or less, it is possible to shorten the battery voltage increase period after the start of standing in the second self-discharge process, and The internal resistance of the battery can also be reduced.
なお、内部抵抗測定工程では、放電量測定工程を終えた電池を、所定の放電開始電圧値に至るまで充電し、その後、第2放電終止電圧値に達するまで放電させるようにしても良い。 In the internal resistance measurement step, the battery that has finished the discharge amount measurement step may be charged until reaching a predetermined discharge start voltage value, and then discharged until the second discharge end voltage value is reached.
また、放電を開始してからの「規定の放電時間」は、内部抵抗測定工程において、電池電圧値が放電開始電圧値から第2放電終止電圧値に至るまでの放電期間内の時間である。従って、「放電を開始してから規定の放電時間が経過したとき」は、電池電圧値が第2放電終止電圧値に至る以前の時であり、放電期間中のある時点である。例えば、正常な電池を所定の一定電流値で放電させたとき、放電開始電圧値から第2放電終止電圧値に至るまでに約5.0秒かかる場合(この時間は、予め、放電試験等により把握しておく)は、例えば、「規定の放電時間」を4.0秒に設定する。この場合、「放電を開始してから規定の放電時間が経過したとき」の電池電圧値は、放電開始から4秒経過したときの電池電圧値となる。 Further, the “specified discharge time” after the start of discharge is the time within the discharge period from the battery start voltage value to the second discharge end voltage value in the internal resistance measurement step. Therefore, “when the specified discharge time has elapsed since the start of discharge” is a time before the battery voltage value reaches the second discharge end voltage value, and is a certain point in time during the discharge period. For example, when a normal battery is discharged at a predetermined constant current value, it takes about 5.0 seconds from the discharge start voltage value to the second discharge end voltage value (this time is determined in advance by a discharge test or the like). For example, “predetermined discharge time” is set to 4.0 seconds. In this case, the battery voltage value when “the specified discharge time has elapsed since the start of discharge” is the battery voltage value when 4 seconds have elapsed since the start of discharge.
この例の場合、放電開始電圧値Vfから、放電開始から4秒経過したときの電池電圧値Vgを差し引いて、電圧差分値ΔVfg(=Vf−Vg)を算出する。その後、この電圧差分値ΔVfgと一定電流値(例えば、20A)とから電池の内部抵抗値を算出する。具体的には、例えば、電圧差分値ΔVfgを一定電流値(例えば、20A)で除して、内部抵抗値(IV抵抗値)を算出する。その後、例えば、算出された内部抵抗値(IV抵抗値)が所定の閾値Tfgより小さいか否かを判定し、内部抵抗値(IV抵抗値)が所定の閾値Tfgより小さい電池を、不良品として取り除く(例えば、廃棄する)ようにしても良い。 In this example, the voltage difference value ΔVfg (= Vf−Vg) is calculated by subtracting the battery voltage value Vg when 4 seconds have elapsed from the start of discharge from the discharge start voltage value Vf. Thereafter, an internal resistance value of the battery is calculated from the voltage difference value ΔVfg and a constant current value (for example, 20 A). Specifically, for example, the internal resistance value (IV resistance value) is calculated by dividing the voltage difference value ΔVfg by a constant current value (for example, 20 A). Thereafter, for example, it is determined whether or not the calculated internal resistance value (IV resistance value) is smaller than a predetermined threshold value Tfg, and a battery having an internal resistance value (IV resistance value) smaller than the predetermined threshold value Tfg is determined as a defective product. It may be removed (for example, discarded).
さらに、上記のリチウムイオン二次電池の製造方法であって、前記(1)の条件について、前記第1放電終止電圧値を2.5V以上2.7V以下の範囲内の値とするリチウムイオン二次電池の製造方法とすると良い。 Furthermore, in the method of manufacturing a lithium ion secondary battery, the lithium ion secondary battery is configured such that, for the condition (1), the first discharge end voltage value is in a range of 2.5 V to 2.7 V. A secondary battery manufacturing method is preferable.
放電量測定工程において、第1放電終止電圧値を2.5V以上2.7V以下の範囲内の値とすることで、第2自己放電工程における放置開始後の電池電圧上昇期間を特に短くすることができる。これにより、第2自己放電工程にかかる期間を特に短くすることができる。 In the discharge amount measuring step, by setting the first discharge end voltage value to a value within the range of 2.5 V or more and 2.7 V or less, particularly shortening the battery voltage increase period after the start of standing in the second self-discharge step. Can do. Thereby, the period concerning a 2nd self-discharge process can be shortened especially.
さらに、上記いずれかのリチウムイオン二次電池の製造方法であって、前記(2)の条件について、前記第2放電終止電圧値を1.5V以上2.0V以下の範囲内の値とするリチウムイオン二次電池の製造方法とすると良い。 Furthermore, in any one of the above-described methods for producing a lithium ion secondary battery, the second discharge final voltage value is set to a value within a range of 1.5 V or more and 2.0 V or less with respect to the condition (2). A method for manufacturing an ion secondary battery is preferable.
内部抵抗測定工程において、第2放電終止電圧値を1.5V以上2.0V以下の範囲内の値とすることで、第2自己放電工程における放置開始後の電池電圧上昇期間を「0」にすることができる。すなわち、第2自己放電工程において放置を開始してから電池電圧値が上昇することなく低下するようになる。これにより、第2自己放電工程にかかる期間を極めて短くすることができる。 In the internal resistance measurement step, by setting the second discharge end voltage value to a value within the range of 1.5 V or more and 2.0 V or less, the battery voltage increase period after the start of standing in the second self-discharge step is set to “0”. can do. In other words, the battery voltage value decreases without increasing after starting to stand in the second self-discharge process. Thereby, the period concerning a 2nd self-discharge process can be shortened very much.
さらに、上記いずれかのリチウムイオン二次電池の製造方法であって、前記組み付け工程の後、前記初期充電工程の前に、上記組み付け工程を終えた前記電池を、押圧治具で挟んで拘束状態にする電池拘束工程を備え、前記内部抵抗測定工程の後、前記電池列拘束工程の前に、上記電池拘束工程において行った上記電池の拘束を解除する拘束解除工程を備え、前記初期充電工程、前記エージング工程、前記第1自己放電工程、前記放電量測定工程、及び上記内部抵抗測定工程では、いずれも、前記電池は上記拘束状態であるリチウムイオン二次電池の製造方法とすると良い。 Furthermore, in any one of the above-described lithium ion secondary battery manufacturing methods, after the assembly process, before the initial charging process, the battery that has finished the assembly process is sandwiched between pressing jigs, and is constrained A battery restraining step, and after the internal resistance measuring step and before the battery row restraining step, a restraint releasing step for releasing the restraint of the battery performed in the battery restraining step, the initial charging step, In any of the aging process, the first self-discharge process, the discharge amount measurement process, and the internal resistance measurement process, the battery may be a method for manufacturing a lithium ion secondary battery in the restrained state.
上述の製造方法では、電池を押圧治具で挟んで拘束状態として、初期充電工程、エージング工程、第1自己放電工程、放電量測定工程、及び内部抵抗測定工程を行う。電池を押圧治具で挟んで拘束状態とすることで、電極体を圧縮して、正極板と負極板との間の距離のムラを小さくする(均一にする)ことができる。このため、上記の各工程において、電池反応(充電反応、放電反応)のムラを小さくすることができるので好ましい。 In the above-described manufacturing method, the initial charging step, the aging step, the first self-discharge step, the discharge amount measuring step, and the internal resistance measuring step are performed with the battery held in a restrained state with a pressing jig. By placing the battery in a restrained state with a pressing jig, the electrode body can be compressed, and unevenness in the distance between the positive electrode plate and the negative electrode plate can be reduced (made uniform). For this reason, in each said process, since the nonuniformity of a battery reaction (a charge reaction, a discharge reaction) can be made small, it is preferable.
まず、本実施形態の製造方法によって製造されるリチウムイオン二次電池100について説明する。
リチウムイオン二次電池100は、図1に示すように、電極体110と、これを収容する電池ケース180とを備える。電極体110は、正極板130、負極板120、及びセパレータ150を備えている。セパレータ150は、ポリエチレンからなり、正極板130と負極板120との間に介在して、これらを離間させている。このセパレータ150には、リチウムイオンを有する電解液160を含浸させている。
First, the lithium ion
As illustrated in FIG. 1, the lithium ion
電池ケース180は、アルミニウムからなり、直方体形状をなしている。この電池ケース180は、電池ケース本体181と封口蓋182を有する。このうち、電池ケース本体181は、有底矩形箱形状をなしている。なお、電池ケース本体181と電極体110との間には、樹脂からなり、箱状に折り曲げた絶縁フィルム(図示しない)が介在させてある。この電池ケース180は、互いに背向する一対の幅広側面180b,180cを有している。幅広側面180bは、図1において正面側を向く面であり、幅広側面180cは、図1において裏側を向く面(幅広側面180bの裏側に位置する面)である。
The
また、封口蓋182は、矩形板状であり、電池ケース本体181の開口を閉塞して、この電池ケース本体181に溶接されている。この封口蓋182には、矩形板状の安全弁197が封着されている。
The sealing
また、電極体110の正極板130には、クランク状に屈曲した板状の正極集電部材191が溶接されている(図1参照)。さらに、負極板120には、クランク状に屈曲した板状の負極集電部材192が溶接されている。正極集電部材191及び負極集電部材192のうち、それぞれの先端に位置する正極端子部191A及び負極端子部192Aは、封口蓋182を貫通して蓋表面182Aから突出している。なお、正極端子部191Aと封口蓋182との間、及び、負極端子部192Aと封口蓋182との間には、それぞれ、電気絶縁性の樹脂からなる絶縁部材195を介在させている。
Further, a plate-like positive electrode current collecting
また、電解液160は、エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)とジメチルカーボネート(DMC)とを、体積比で3:4:3に調整した混合有機溶媒に、溶質としてLiPF6を添加し、さらに、ジフルオロリン酸塩を添加した非水電解液である。なお、電解液160中のLiPF6の濃度は、1mol/Lとしている。
The
電極体110は、帯状の正極板130及び負極板120が、帯状のセパレータ150を介して扁平形状に捲回されてなる捲回型電極体である(図1参照)。詳細には、長手方向DAに延びる帯状の正極板130、負極板120、及びセパレータ150を、長手方向DAに捲回して、捲回型の電極体110を形成している(図1〜図4参照)。なお、この電極体110では、セパレータ150を介して、正極板130の正極活物質層131と負極板120の負極活物質層121とが対向している(図4参照)。
The
正極板130は、図2に示すように、長手方向DAに延びる帯状で、アルミニウム箔からなる正極集電板138と、この正極集電板138の両主面上に、それぞれ長手方向DAに延びる帯状に配置された2つの正極活物質層131,131とを有している。正極活物質層131は、正極活物質137と、アセチレンブラックからなる導電材と、PEO(ポリエチレンオキサイド)と、CMC(カルボキシメチルセルロース)とを、重量比88:10:1:1の割合で含んでいる。
As shown in FIG. 2, the
なお、正極活物質137として、LiXMO2(Mは、Niである、または、主成分であるNiの他にAl,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Cu,Zn,Mg,Ga,Zr,Siの少なくともいずれかを含むものである、1.04≦X≦1.15)を用いている。
また、正極集電板138をなすアルミニウム箔の両面には、炭素層139が設けられている。炭素層139は、アセチレンブラックとポリフッ化ビニリデンとを重量比3:7の割合で含んでいる。
Note that as the positive electrode
In addition, carbon layers 139 are provided on both surfaces of the aluminum foil forming the positive electrode
また、負極板120は、図3に示すように、長手方向DAに延びる帯状で銅箔からなる負極集電板128と、この負極集電板128の両主面128F,128F上に、それぞれ長手方向DAに延びる帯状に配置された2つの負極活物質層121,121とを有している。負極活物質層121は、負極活物質127とSBR(スチレンブタジエンゴム)とCMCと(カルボキシメチルセルロース)を、重量比98:1:1の割合で含んでいる。
Further, as shown in FIG. 3, the
なお、負極活物質127として、負極活物質の粒子が黒鉛と非晶質炭素とからなるもの(例えば、黒鉛の表面を非晶質炭素で被覆したもの)を用いている。また、負極活物質層121の表面には、金属酸化物絶縁層129が設けられている。金属酸化物絶縁層129は、酸化アルミニウム(アルミナ)とポリフッ化ビニリデンとを重量比95:5の割合で含んでいる。
In addition, as the negative electrode
負極活物質層121は、図3及び図4(図3のA−A断面図)に示すように、セパレータ150を介して正極活物質層131と対向する対向部122と、セパレータ150を介して対向する正極活物質層131が存在しない非対向部123とからなる。具体的には、負極活物質層121は、正極活物質層131に比べて大きな面積を有しており、非対向部123が対向部122の周囲に位置する形態となっている。なお、負極活物質層121における非対向部123と対向部122との境界の位置は、負極板120、セパレータ150及び正極板130を捲回して電極体110を形成したときに決まる。また、図4では、参考として、電極体110を形成したときの正極板130及びセパレータ150の位置を、二点鎖線で示している。
As shown in FIGS. 3 and 4 (AA cross-sectional view of FIG. 3), the negative electrode
次に、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の製造方法について説明する。図5は、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池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(組み付け工程)において、電池ケース180内に電極体110と電解液160と収容した電池を作製する。具体的には、まず、正極活物質137とアセチレンブラックとPEO(ポリエチレンオキサイド)とCMC(カルボキシメチルセルロース)とを、重量比88:10:1:1の割合で混合し、これに水(溶媒)を混合して、正極スラリを作製した。次いで、この正極スラリを、アルミニウム箔からなる正極集電板138(表面に炭素層139を備えている)の表面に塗布し、乾燥させた後、プレス加工を施した。これにより、正極板130を得た。
Next, a manufacturing method of the lithium ion secondary battery according to the present embodiment will be described. FIG. 5 is a flowchart showing a flow of a manufacturing method of the lithium ion secondary battery according to the present embodiment.
First, in step S <b> 1 (assembly process), a battery in which the
なお、正極集電板138をなすアルミニウム箔の表面には、予め、炭素層139を形成している。この炭素層139は、アセチレンブラックとポリフッ化ビニリデンとを重量比3:7の割合で含んでいる。アルミニウム箔の表面に炭素層139を設けておくことで、正極スラリを塗布したとき、正極スラリ(アルカリ性となる)と正極集電板138を構成するアルミニウム箔との接触を防止することができる。これにより、正極集電板138を構成するアルミニウム箔の腐食を防止することができる。
なお、炭素層139の厚みは、1〜5μmとするのが好ましい。
A
The thickness of the
また、負極活物質127とSBR(スチレンブタジエンゴム)とCMCと(カルボキシメチルセルロース)とを、98:1:1(重量比)の割合で水中で混合して、負極スラリを作製した。次いで、この負極スラリを、銅箔からなる負極集電板128の両主面128F上に塗布し、乾燥させた後、プレス加工を施した。これにより、負極板120を得た。
Moreover, the negative electrode
なお、負極活物質127は、例えば、次のようにして作製することができる。球状に成形した黒鉛とピッチ(石油ピッチ)とを混合し、これを焼成する。この焼成により、ピッチ(石油ピッチ)が非晶質炭素となる。その後、この焼成体を粉砕することで、負極活物質127(黒鉛の表面を非晶質炭素で被覆したもの)を得ることができる。
The negative electrode
なお、負極活物質127として、非晶質炭素の割合(非晶質炭素含有率)が、2.5〜7.1wt%の範囲内である負極活物質を用いるのが好ましい。また、負極活物質127として、負極活物質粒子のBET比表面積が、2.8〜5.2m2/gの範囲内である負極活物質を用いるのが好ましい。本実施形態では、BET比表面積の値として、公知のBET法(詳細には、N2ガス吸着法)により求められた比表面積の値を採用している。
Note that as the negative electrode
また、負極活物質層121の表面には、金属酸化物絶縁層129を形成している。具体的には、酸化アルミニウム(アルミナ)とポリフッ化ビニリデンとを重量比95:5の割合で混合し、これに溶媒を混合してペーストにする。このペーストを負極活物質層121の表面に塗布し、乾燥させることで、金属酸化物絶縁層129を形成することができる。
なお、金属酸化物絶縁層129の厚みは、2〜8μmとするのが好ましい。
A metal
Note that the thickness of the metal
また、正極容量と負極容量との容量比(負極容量/正極容量)は、1.4〜1.9の範囲内とするのが好ましい。なお、正極容量と負極容量との容量比(正極容量に対する負極容量の割合)は、正極活物質層131と負極活物質層121の対向部122との容量比である。この容量比は、負極活物質層121(対向部122)の厚み(すなわち、負極スラリの塗布量)を調整することで、1.4〜1.9の範囲内で調整することができる。
Further, the capacity ratio (negative electrode capacity / positive electrode capacity) between the positive electrode capacity and the negative electrode capacity is preferably in the range of 1.4 to 1.9. Note that the capacity ratio between the positive electrode capacity and the negative electrode capacity (the ratio of the negative electrode capacity to the positive electrode capacity) is the capacity ratio between the positive electrode
その後、負極板120と正極板130との間に、セパレータ150を介在させて捲回し、電極体110を形成する。なお、負極板120の負極活物質層121における対向部122に、セパレータ150を介して正極板130の正極活物質層131が対向するように、セパレータ150、負極板120、セパレータ150、正極板130の順に重ねて捲回する(図4参照)。
Thereafter, the
その後、負極板120(負極集電板128)に負極集電部材192を溶接し、正極板130(正極集電板138)に正極集電部材191を溶接する。次いで、負極集電部材192及び正極集電部材191を溶接した電極体110を、電池ケース本体181内に挿入した後、電解液160を注入する。その後、封口蓋182で電池ケース本体181の開口を閉塞した状態で、封口蓋182と電池ケース本体181とを溶接し、リチウムイオン二次電池の組み付けを完了する。
Thereafter, the negative electrode current collecting
なお、電解液160は、エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)とジメチルカーボネート(DMC)とを、体積比で3:4:3に調整した混合有機溶媒に、溶質としてLiPF6を添加し、さらに、ジフルオロリン酸塩を添加した非水電解液である。なお、電解液160中のLiPF6の濃度は、1mol/Lとしている。
また、電解液160中のジフルオロリン酸塩の濃度は、0.01〜0.076mol/Lの範囲内とするのが好ましい。なお、本実施形態では、ジフルオロリン酸塩として、LiPF2O2を用いている。
Incidentally, the
Moreover, it is preferable that the density | concentration of the difluorophosphate in the
次いで、ステップS2(電池拘束工程)に進み(図5参照)、上述の組み付け工程(ステップS1)において作製されたリチウムイオン二次電池100を、押圧治具30,40で挟んで拘束状態にする(図6参照)。具体的には、図6に示すように、電池ケース180の幅広側面180b,180cを押圧治具30,40で押圧するように、押圧治具30,40でリチウムイオン二次電池100を挟んで、リチウムイオン二次電池100を拘束状態にする。詳細には、電池ケース180の幅広側面180b側に配置した押圧治具30と、幅広側面180c側に配置した押圧治具40とを、円柱状のロッド51とナット53とを用いて締結することで、押圧治具30,40でリチウムイオン二次電池100を挟み、電池ケース180の幅広側面180b,180cを押圧治具30,40で押圧する。これにより、電池ケース180に対し、所定の荷重(例えば、400〜800kgf)をかけた状態にする。
Next, the process proceeds to step S2 (battery restraint process) (see FIG. 5), and the lithium ion
なお、押圧治具30は、図7に示すように、金属製の押圧本体部35と、樹脂製の密着押圧プレート36とを有している。押圧治具40は、金属製の押圧本体部45と樹脂製の密着押圧プレート46とを有している。密着押圧プレート36,46は、断面が櫛歯形状をなしている(図7参照)。
As shown in FIG. 7, the pressing
次に、ステップS3(初期充電工程)に進み(図5参照)、押圧治具30,40で拘束した状態(図6に示す状態)のリチウムイオン二次電池100を初期充電する。詳細には、1C(5A)の定電流で、電池電圧値が所定の充電終止電圧値Vaに至るまで充電し、その後、電池電圧値をVaに保持しつつ充電を行い、充電電流値が0.1Aに低下した時点で初期充電を終了する。この初期充電により、リチウムイオン二次電池100を活性化させることができる。また、負極活物質127の表面にSEI(被膜)を形成することができる。
Next, it progresses to step S3 (initial charge process) (refer FIG. 5), and the lithium ion
なお、充電終止電圧値Vaは、例えば、4.1V(SOC100%のときの電池電圧値に相当する)に設定する。ここで、SOCは、State Of Charge(充電状態、充電率)の略である。
また、1Cは、定格容量値(公称容量値)の容量を有する電池を定電流放電して、1時間で放電終了となる電流値である。リチウムイオン二次電池100の定格容量(公称容量)は5.0Ahであるので、1C=5.0Aとなる。
The charge end voltage value Va is set to, for example, 4.1 V (corresponding to the battery voltage value when SOC is 100%). Here, SOC is an abbreviation for State Of Charge.
Further, 1C is a current value at which the discharge having a rated capacity value (nominal capacity value) is constant-current discharged and discharge is completed in one hour. Since the rated capacity (nominal capacity) of the lithium ion
次いで、ステップS4(エージング工程)に進み、初期充電(ステップS3の処理)を終えた拘束状態(図6に示す状態)のリチウムイオン二次電池100(電池電圧値はVaになっている)を、所定の温度(例えば、50℃)で、一定時間(例えば、15時間)安置してエージングする。 Next, the process proceeds to step S4 (aging process), and the lithium ion secondary battery 100 (battery voltage value is Va) in the restraint state (state shown in FIG. 6) after the initial charge (process of step S3) is completed. Aging is performed at a predetermined temperature (for example, 50 ° C.) for a certain period of time (for example, 15 hours).
ところで、組み付け工程(ステップS1)において、電極体110内に金属粉(Cu粉など)などが誤って混入してしまうことがある。このような電池では、エージング工程において、金属粉由来のデンドライトが発生し、内部短絡が生じる(セパレータ150によって電気的に絶縁されている正極板130と負極板120とが、デンドライトを通じて電気的に接続する)ことがある。このため、後述するステップS5(第1自己放電工程)において、内部短絡が生じた電池を検出し、出荷しないようにしている(不良品として取り除く)。
By the way, in the assembly process (step S1), metal powder (such as Cu powder) may be mixed in the
ステップS5(第1自己放電工程)では、エージング(ステップS4の処理)を終えた拘束状態(図6に示す状態)のリチウムイオン二次電池100を、25℃の温度環境下で、所定期間(例えば、5日間)放置することにより自己放電させる。
なお、ステップS5(第1自己放電工程)では、リチウムイオン二次電池100の放置を開始するときの電池電圧値(放置開始電圧値Vb)と、所定期間の放置を終えたときの電池電圧値(放置終了電圧値Vc)とを測定する。
In step S5 (first self-discharge process), the lithium ion
In step S5 (first self-discharge step), the battery voltage value when starting to leave the lithium ion secondary battery 100 (leaving start voltage value Vb) and the battery voltage value when finishing leaving for a predetermined period of time. (Leaving end voltage value Vc) is measured.
さらに、ステップS5(第1自己放電工程)では、放置開始電圧値Vbから放置終了電圧値Vcを差し引いた電池電圧差ΔVbc(=Vb−Vc)を算出し、電池電圧差ΔVbcが、所定の閾値Tbc以上であるか否かを判定する。電池電圧差ΔVbcが閾値Tbc以上である場合、当該電池100には内部短絡が生じていると判定する。
Further, in step S5 (first self-discharge process), a battery voltage difference ΔVbc (= Vb−Vc) obtained by subtracting the leaving end voltage value Vc from the leaving start voltage value Vb is calculated, and the battery voltage difference ΔVbc is set to a predetermined threshold value. It is determined whether it is equal to or higher than Tbc. When the battery voltage difference ΔVbc is equal to or greater than the threshold value Tbc, it is determined that an internal short circuit has occurred in the
内部短絡が生じている電池では、内部短絡が生じていない電池(正常な電池)に比べて、放置による自己放電量が大きくなるので、電池電圧値が小さくなり、放置前後の電池電圧差ΔVbcも大きくなる。従って、放置前後の電池電圧差ΔVbcに基づいて、電池に内部短絡が生じているか否かを判断することできる。そこで、ステップS5(第1自己放電工程)では、電池電圧差ΔVbcが所定の閾値Tbc以上であるか否かによって、リチウムイオン二次電池100に内部短絡が生じているか否かを判定する。内部短絡が生じていると判定された電池は、不良品として取り除かれる(例えば、廃棄される)。
In a battery in which an internal short circuit has occurred, since the amount of self-discharge due to neglect is larger than a battery in which an internal short circuit has not occurred (normal battery), the battery voltage value becomes smaller, and the battery voltage difference ΔVbc before and after the neglect is also growing. Therefore, based on the battery voltage difference ΔVbc before and after being left, it can be determined whether or not an internal short circuit has occurred in the battery. Therefore, in step S5 (first self-discharge process), it is determined whether or not an internal short circuit has occurred in the lithium ion
なお、閾値Tbcは、例えば、予め、内部短絡が生じている電池と生じていない電池とについて、それぞれの電池電圧差ΔVbcを調査しておき、両電池の電池電圧差ΔVbcの間の値とすれば良い。
また、ステップS5(第1自己放電工程)において電池100を放置する期間(所定期間)は、1〜7日間の範囲内の期間(1日以上7日以内)とするのが好ましい。
Note that the threshold Tbc is, for example, a value between the battery voltage difference ΔVbc of both batteries obtained by examining the battery voltage difference ΔVbc of a battery in which an internal short circuit has occurred and a battery in which no internal short circuit has occurred. It ’s fine.
In addition, the period (predetermined period) in which the
次に、ステップS6(放電量測定工程)に進み、ステップS5において内部短絡が生じていない(正常である)と判定されたリチウムイオン二次電池100について、その電池電圧値が所定の第1放電終止電圧値Veに至るまで強制的に放電させる。例えば、公知の充放電装置を用いて、1C(5A)の定電流で、電池100の電池電圧値が第1放電終止電圧値Veに至るまで、電池100を放電させる。さらに、その放電期間中に、電池電圧値が所定の測定開始電圧値Vdから第1放電終止電圧値Veに至るまでの間の電池100の放電電気量Qdeを測定する。その後、放電電気量Qdeが所定の閾値Tdeより小さいか否かを判定し、放電電気量Qdeが閾値Tdeより小さい電池は、不良品として取り除かれる(例えば、廃棄される)。
Next, the process proceeds to step S6 (discharge amount measurement step), and the battery voltage value of the lithium ion
なお、ステップS6(放電量測定工程)では、測定開始電圧値Vdを、第1自己放電工程における放置終了電圧値Vc以下の値に設定する。具体的には、測定開始電圧値Vdを4.0Vに設定する。
また、本実施形態では、第1放電終止電圧値Veを、2.5V以上3.55V以下の範囲内の値(例えば、3.55V)に設定する。後述するように、第2自己放電工程(ステップS10)における放置開始後の電池電圧上昇期間を短縮することができ、第2自己放電工程(ステップS10)に要する期間を短縮することができるからである。
In step S6 (discharge amount measurement step), the measurement start voltage value Vd is set to a value equal to or lower than the neglect end voltage value Vc in the first self-discharge step. Specifically, the measurement start voltage value Vd is set to 4.0V.
In the present embodiment, the first discharge end voltage value Ve is set to a value (for example, 3.55 V) within the range of 2.5 V to 3.55 V. As will be described later, the battery voltage increase period after the start of standing in the second self-discharge process (step S10) can be shortened, and the period required for the second self-discharge process (step S10) can be shortened. is there.
また、ステップS6(放電量測定工程)でも、リチウムイオン二次電池100は、押圧治具30,40で拘束した状態(図6に示す状態)のままである。
Moreover, also in step S6 (discharge amount measuring step), the lithium ion
次いで、ステップS7(内部抵抗測定工程)に進み、放電量測定工程(ステップS6)を終えた拘束状態(図6に示す状態)のリチウムイオン二次電池100について、その内部抵抗値(IV抵抗値)を測定する。
Subsequently, it progresses to step S7 (internal resistance measurement process), and about the lithium ion
具体的には、まず、リチウムイオン二次電池100を充電して、その電池電圧値を3.6V(SOC40%)にする。なお、本実施形態では、この電池電圧値3.6Vが、放電開始電圧値Vfとなる。その後、このリチウムイオン二次電池100を、その電池電圧値が放電開始電圧値Vfから第2放電終止電圧値Vjに至るまでの放電期間、所定の一定電流値(具体的には、20A)で強制的に放電させる。
Specifically, first, the lithium ion
なお、本実施形態では、第2放電終止電圧値Vjを、1.5V以上3.55V以下の範囲内の値(例えば、3.55V)に設定する。後述するように、第2自己放電工程(ステップS10)における放置開始後の電池電圧上昇期間を短縮することができ、第2自己放電工程(ステップS10)に要する期間を短縮することができるからである。 In the present embodiment, the second discharge end voltage value Vj is set to a value (for example, 3.55 V) within the range of 1.5 V or more and 3.55 V or less. As will be described later, the battery voltage increase period after the start of standing in the second self-discharge process (step S10) can be shortened, and the period required for the second self-discharge process (step S10) can be shortened. is there.
また、ステップS7(内部抵抗測定工程)では、放電期間中に、放電を開始してから規定の放電時間(例えば、4秒)が経過したときの電池電圧値Vgを計測する。そして、放電開始電圧値Vfから電池電圧値Vgを差し引いて、電圧差分値ΔVfg(=Vf−Vg)を算出する。その後、この電圧差分値ΔVfgと一定の放電電流値(20A)とから電池100の内部抵抗値を算出する。具体的には、電圧差分値ΔVfgを一定電流値(20A)で除して、内部抵抗値(IV抵抗値)を算出する。その後、算出された内部抵抗値(IV抵抗値)が所定の閾値Tfgより小さいか否かを判定し、内部抵抗値(IV抵抗値)が所定の閾値Tfgより小さい電池は、不良品として取り除かれる(例えば、廃棄される)。
In step S7 (internal resistance measurement step), the battery voltage value Vg when a specified discharge time (for example, 4 seconds) has elapsed since the start of discharge is measured during the discharge period. Then, the battery voltage value Vg is subtracted from the discharge start voltage value Vf to calculate a voltage difference value ΔVfg (= Vf−Vg). Thereafter, the internal resistance value of the
なお、ステップS7(内部抵抗測定工程)において、放電を開始してからの「規定の放電時間」は、電池電圧値が放電開始電圧値Vfから第2放電終止電圧値Vjに至るまでの放電期間内の時間である。従って、「放電を開始してから規定の放電時間が経過したとき」は、電池電圧値が第2放電終止電圧値Vjに至る以前の時であり、放電期間中のある時点である。 In step S7 (internal resistance measurement step), the “specified discharge time” after the start of discharge is the discharge period from the battery voltage value to the second discharge end voltage value Vj from the discharge start voltage value Vf. It is time within. Therefore, “when the specified discharge time has elapsed since the start of discharge” is a time before the battery voltage value reaches the second discharge end voltage value Vj, and is a certain point in the discharge period.
予め行った放電試験により、正常な電池100を、一定電流値(20A)で放電させたとき、3.6V(放電開始電圧値Vf)から3.55V(第2放電終止電圧値Vjの最大値)に至るまでに、約5.0秒かかることがわかっている。本実施形態では、第2放電終止電圧値Vjを、1.5V以上3.55V以下の範囲内の値に設定するので、正常な電池100を、一定電流値(20A)で放電させたとき、3.6V(放電開始電圧値Vf)から第2放電終止電圧値Vjに至るまでに、5.0秒以上かかることになる。
このため、本実施形態では、「規定の放電時間」を4.0秒に設定している。従って、「放電を開始してから規定の放電時間が経過したとき」の電池電圧値Vgは、放電開始から4秒経過したときの電池電圧値となる。
When a
For this reason, in this embodiment, the “specified discharge time” is set to 4.0 seconds. Accordingly, the battery voltage value Vg “when the specified discharge time has elapsed since the start of discharge” is the battery voltage value when 4 seconds have elapsed from the start of discharge.
なお、内部抵抗値が極端に大きな電池100では、「規定の放電時間」である4.0秒が経過する前に、その電池電圧値が第2放電終止電圧値Vjに達することも考えられる。このような電池100は、電池電圧値Vgを計測することができず、内部抵抗値(IV抵抗値)も算出することができない。しかしながら、このような電池100は、そもそも、内部抵抗値が極端に大きな異常な電池であるため、内部抵抗値を算出(電池電圧値Vgを計測)するまでもなく、不良品(内部抵抗の異常)として取り除くことができる。
Note that, in the
その後、ステップS8(拘束解除工程)に進み、内部抵抗測定工程(ステップS7)を終えたリチウムイオン二次電池100の拘束状態を解除する。具体的には、リチウムイオン二次電池100を挟んで押圧していた押圧治具30,40を取り外す。
Then, it progresses to step S8 (restraint cancellation | release process), and the restraint state of the lithium ion
次に、ステップS9(電池列拘束工程)において、拘束解除工程(ステップS8)を終えたリチウムイオン二次電池100を複数用意し、これらの電池をまとめて拘束状態にする。具体的には、まず、拘束解除工程(ステップS8)を終えたリチウムイオン二次電池100を複数(例えば、20個)用意する。その後、例えば、図7に示すように、これらのリチウムイオン二次電池100を一列に列置して、電池列200にする。さらに、電池列200を、その両端側(図7において左右端側)から押圧治具30,40で挟んで拘束状態にする。なお、図7に示す例では、列置方向に隣り合う電池100について、電池ケース180の幅広側面180b,180cを反対方向に向けて一列に列置して、電池列200にしている。
Next, in step S9 (battery row restraint process), a plurality of lithium ion
詳細には、列置方向(図7において左右方向)に隣り合うリチウムイオン二次電池100の間に密着押圧プレート36を配置し、電池列200の一端(図7において右端)に位置する電池ケース180の幅広側面180c側(図7において右端)に押圧治具30を配置し、電池列200の他端(図7において左端)に位置する電池ケース180の幅広側面180c側(図7において左端)に押圧治具40を配置する。この状態で、押圧治具30と押圧治具40とを、円柱状のロッド52及びナット53とを用いて締結することで、押圧治具30,40で電池列200を挟み、電池列を構成する各電池100の電池ケース180の幅広側面180b,180cを押圧治具30,40で押圧する。これにより、電池列200に対し、所定の荷重(電池拘束工程より大きな荷重、例えば2000〜3000kgf)をかけた状態にする。
Specifically, a battery case in which the close
なお、上記の例では、電池列を1列にした場合について説明したが、電池列は複数列(例えば、10個の電池を1列に並べた電池列を2列とする)であっても良い。従って、複数列の電池列をまとめて拘束状態にするようにしても良い。 In the above example, the case where the battery row is one row has been described, but the battery row may be a plurality of rows (for example, two rows of battery rows in which 10 batteries are arranged in one row). good. Therefore, a plurality of battery rows may be put together into a restrained state.
ところで、ステップS9(電池列拘束工程)において電池列200を拘束状態にすると、電池列200を構成する各々のリチウムイオン二次電池100の電極体110に大きな圧縮力がかかり、各々の電極体110が圧縮される。もし、電極体110内に金属異物が混入している場合(例えば、組み付け工程において誤って電極体110内に金属異物が混入し、その金属異物が未だ残っている場合)には、上述のように電極体110が圧縮されることで、金属異物がセパレータ150を貫通して、内部短絡が生じる(セパレータ150によって電気的に絶縁されている正極板130と負極板120とが、金属異物を通じて電気的に接続する)ことがある。このため、後述するステップS10(第2自己放電工程)において、内部短絡が生じた電池を検出し、出荷しないようにしている(不良品として取り除く)。
By the way, if the
ステップS10(第2自己放電工程)では、拘束状態(図7に示す状態)の電池列200を、25℃の温度環境下で放置することにより、電池列200をなす各々のリチウムイオン二次電池100を自己放電させる。さらに、ステップS10(第2自己放電工程)では、自己放電させたときの各々のリチウムイオン二次電池100の電池電圧の変化に基づいて、各々のリチウムイオン二次電池100について、内部短絡しているか否かを判定する。
In step S10 (second self-discharge step), each of the lithium ion secondary batteries forming the
但し、ステップS10(第2自己放電工程)では、電池列200の放置を開始してから各々のリチウムイオン二次電池100の電池電圧値が上昇する場合は、電池電圧値の上昇期間が経過した後から規定期間(例えば3日間)、拘束状態の電池列200を放置する。一方、電池列200の放置を開始してから各々のリチウムイオン二次電池100の電池電圧値が上昇することなく低下する場合は、電池列200の放置を開始してから上記規定期間(例えば3日間)、拘束状態の電池列200を放置する。
However, in step S10 (second self-discharge process), when the battery voltage value of each lithium ion
さらに、ステップS10(第2自己放電工程)では、電池列200を上記規定期間(例えば3日間)放置する直前の各々のリチウムイオン二次電池100の電池電圧値Vhと、電池列200を上記規定期間(例えば3日間)放置した直後の電池電圧値Viとを測定し、その電池電圧差ΔVhi(=Vh−Vi)を算出する。
Further, in step S10 (second self-discharge step), the battery voltage value Vh of each lithium ion
内部短絡が生じている電池では、内部短絡が生じていない電池(正常な電池)に比べて、放置による自己放電量が大きくなるので、電池電圧値が小さくなり、上記規定期間の放置前後の電池電圧差ΔVhiも大きくなる。従って、電池電圧差ΔVhiに基づいて、電池に内部短絡が生じているか否かを判断することできる。 A battery with an internal short circuit has a larger self-discharge amount due to neglected than a battery without normal internal short circuit (normal battery). The voltage difference ΔVhi also increases. Therefore, it can be determined whether or not an internal short circuit has occurred in the battery based on the battery voltage difference ΔVhi.
そこで、ステップS10(第2自己放電工程)では、電池列200を構成する各々のリチウムイオン二次電池100について、電池電圧差ΔVhiが所定の閾値Thi以上であるか否かによって、内部短絡が生じているか否かを判定する。電池電圧差ΔVhiが所定の閾値Thi以上である電池100は、内部短絡が生じていると判定され、不良品として取り除かれる(例えば、廃棄される)。
なお、閾値Thiは、例えば、予め、内部短絡が生じている電池と生じていない電池とについて、それぞれの電池電圧差ΔVhiを調査しておき、両電池の電池電圧差ΔVhiの間の値とすれば良い。
Therefore, in step S10 (second self-discharge process), an internal short circuit occurs for each lithium ion
The threshold value Thi is, for example, a value between the battery voltage difference ΔVhi of the two batteries, which is obtained by previously investigating the battery voltage difference ΔVhi for the battery in which the internal short circuit has occurred and the battery in which the internal short circuit has not occurred. It ’s fine.
このように、自己放電により確実に電池電圧値が低下する規定期間(例えば3日間)、電池列200をなす各々のリチウムイオン二次電池100を放置して、この規定期間前後の各々のリチウムイオン二次電池100の電池電圧差ΔVhiに基づいて、各々のリチウムイオン二次電池100について内部短絡しているか否かを判定することで、適切な内部短絡判定を行うことができる。
In this way, each lithium ion
なお、ステップS10(第2自己放電工程)においてリチウムイオン二次電池100の電池電圧値が上昇するか否か、電池電圧値が上昇する場合の電池電圧上昇期間の長さ、及び、内部短絡の有無を適切に判定できる規定期間の長さは、予め、放置試験により把握しておく。具体的には、ステップS10(第2自己放電工程)と同一条件で、内部短絡が生じている電池100と生じていない電池100とを含む電池列200を放置し、放置期間中、各々の電池100の電池電圧値を測定する。この測定結果(後述する図8参照)に基づいて、ステップS10(第2自己放電工程)における上記規定期間の放置を開始する時(電池電圧値Vhを測定する時)、内部短絡の有無を適切に判別できる所定期間の長さ、上記規定期間の放置を終了する時(電池電圧値Viを測定する時)、閾値Thiの値を、予め決定しておく。なお、これらの値を決定する方法については、後に、図8を用いて具体的に説明する。
Whether or not the battery voltage value of the lithium ion
ステップS10(第2自己放電工程)において、電池列200を構成する電池100のいずれについても内部短絡が発生していないと判定された場合、上記拘束状態のまま、組電池300(図7参照)として出荷される。組電池300は、図7に示すように、電池列200を、その両端側(図7において左右端側)から押圧治具30,40で挟んで拘束状態にしたものである。
If it is determined in step S10 (second self-discharge step) that no internal short circuit has occurred in any of the
一方、ステップS10(第2自己放電工程)において、電池列200を構成する電池100のいずれかに内部短絡が発生していると判定された場合は、一旦拘束状態を解除して、内部短絡している電池100を取り除く。そして、ステップS10(第2自己放電工程)を終えた他の電池列200から、内部短絡していないと判定された電池100を取り出し、この電池100を、上記内部短絡している電池100に代えて配置する。このようにして、内部短絡が発生していないと判定された電池100のみで電池列200を構成し、その後、ステップS9(電池列拘束工程)と同様にしてこの電池列200を拘束状態にして、組電池300(図7参照)として出荷する。
On the other hand, if it is determined in step S10 (second self-discharge step) that an internal short circuit has occurred in any of the
本実施形態の電池100は、組電池300として(組電池300の状態で)使用される。この組電池300は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用電源として使用される。
The
(実施例1)
本実施例1では、次のようにして、リチウムイオン二次電池100を製造する。
まず、ステップS1(組み付け工程)において、前述のようにして、電池ケース180内に電極体110と電解液160とを収容した電池を作製する。
Example 1
In the first embodiment, the lithium ion
First, in step S1 (assembly process), a battery in which the
なお、本実施例1では、正極板130の炭素層139の厚みを2μmとする。
また、正極活物質137として、Xの値が1.08であるLiXMO2 を用いる。すなわち、正極活物質137として、Li1.08MO2 を用いる。詳細には、正極活物質137として、Li1.08Ni0.8Co0.15Al0.05O2 を用いる。このように、本実施例1では、Li1.08MO2 の「M」が、主成分であるNiの他にCoとAlを含むものを、正極活物質137として用いる。
In the first embodiment, the thickness of the
Further, as the positive electrode
また、負極活物質127として、非晶質炭素の割合(非晶質炭素含有率)が6wt%であり、且つ、負極活物質粒子のBET比表面積が3.3m2/gである負極活物質を用いる。また、負極板120の金属酸化物絶縁層129の厚みを4μmとする。また、正極容量と負極容量との容量比(負極容量/正極容量)を、1.5とする。また、電解液160中のジフルオロリン酸塩の濃度を、0.038mol/Lとする。
Further, as the negative electrode
次いで、前述のように、ステップS2〜S9の処理を行う。
なお、本実施例1では、ステップS3(初期充電工程)における充電終止電圧値Vaの値を、4.1Vに設定する。また、ステップS4(エージング工程)において、リチウムイオン二次電池100を、50℃の環境温度下で15時間安置して、エージングを行う。さらに、ステップS5(第1自己放電工程)では、エージング(ステップS4の処理)を終えた電池100について、充放電することなくそのままの状態で、放置を開始するようにする。さらに、ステップS6(放電量測定工程)では、ステップS5(第1自己放電工程)の処理を終えた電池100について、充放電することなくそのままの状態で、放電を開始するようにする。また、ステップS5(第1自己放電工程)において電池100を放置する期間(所定期間)を、5日間とする。
Next, as described above, steps S2 to S9 are performed.
In the first embodiment, the end-of-charge voltage value Va in step S3 (initial charging step) is set to 4.1V. In step S4 (aging process), the lithium ion
また、本実施例1では、ステップS6(放電量測定工程)における測定開始電圧値Vdを、4.0Vに設定する。さらに、第1放電終止電圧値Veを3.55Vに設定する。従って、本実施例1では、ステップS6(放電量測定工程)において、放電電気量Qdeとして、電池電圧値が4.0V(測定開始電圧値Vd)から3.55V(第1放電終止電圧値Ve)に至るまでの間の放電電気量を測定する。 Moreover, in the present Example 1, the measurement start voltage value Vd in step S6 (discharge amount measurement process) is set to 4.0V. Further, the first discharge end voltage value Ve is set to 3.55V. Therefore, in Example 1, in step S6 (discharge amount measuring step), the battery voltage value is 4.0 V (measurement start voltage value Vd) to 3.55 V (first discharge end voltage value Ve) as the discharge electricity amount Qde. ) To measure the amount of electricity discharged.
また、本実施例1では、ステップS7(内部抵抗測定工程)における第2放電終止電圧値Vjを、3.55Vに設定する。従って、本実施例1のステップS7では、電池100を充電して、その電池電圧値を3.6V(放電開始電圧値Vf)にした後、この電池100を、その電池電圧値が3.55V(第2放電終止電圧値Vj)に至るまで、20Aの一定電流値で強制的に放電させる。
In the first embodiment, the second discharge final voltage value Vj in step S7 (internal resistance measurement step) is set to 3.55V. Therefore, in step S7 of the first embodiment, the
その後、前述のように、ステップS10(第2自己放電工程)の処理を行う。
但し、本実施例1の電池(上述のようにして組み付け工程において作製した電池)は、後述するように、その電池電圧値が、電池列200の放置を開始してから2日間近く(最大で2日間)上昇することがわかっている。このため、本実施例1のステップS10(第2自己放電工程)では、電池列200の放置を開始してから2日後に、各々のリチウムイオン二次電池100の電池電圧値Vhを測定し、その後、規定期間、電池列200を放置して、規定期間経過した時に、各々のリチウムイオン二次電池100の電池電圧値Viを測定する。
Thereafter, as described above, the process of step S10 (second self-discharge process) is performed.
However, as will be described later, the battery of Example 1 (battery manufactured in the assembly process as described above) has a battery voltage value of nearly two days after the start of leaving the battery array 200 (up to a maximum). 2 days) is known to rise. For this reason, in step S10 (second self-discharge process) of the first embodiment, the battery voltage value Vh of each lithium ion
その後、各々のリチウムイオン二次電池100について、電池電圧値Vhと電池電圧値Viとの差分値である電池電圧差ΔVhi(=Vh−Vi)を算出し、電池電圧差ΔVhiが閾値Thi以上であるか否かを判定する。電池電圧差ΔVhiが閾値Thi以上であるリチウムイオン二次電池100は、内部短絡が生じていると判定する。一方、電池電圧差ΔVhiが閾値Thi未満であるリチウムイオン二次電池100については、内部短絡が生じていないと判定する。
Thereafter, for each lithium ion
なお、本実施例1では、上記「規定期間」を3日間としている。後述するように、放置試験の結果から、電池列200の放置を開始してから2日間経過した後、さらに3日間放置することで、電池電圧差ΔVhiに基づいて、適切に、内部短絡の有無を判別できることを把握しているからである。また、閾値Thiは、例えば、0.5mVとすれば良い。後述するように、放置試験の結果から、内部短絡が生じていない電池100では、ΔVhiの値が約0.3mVとなり、内部短絡が生じている電池100では、ΔVhiの値が約0.8mVとなることがわかっている。従って、閾値Thiをこれらの値の間の値とすることで、適切に、内部短絡の有無を判別できる。
In the first embodiment, the “specified period” is 3 days. As will be described later, from the result of the neglect test, after two days have passed since the start of leaving the
(放置試験)
次に、実施例1のステップS10(第2自己放電工程)における各条件を決定するために行った放置試験の結果を、図8に示す。具体的には、実施例1の条件で、ステップS1〜S9までの処理を行い、内部短絡が生じている電池100と内部短絡が生じていない電池100とを複数用意した。その後、ステップS10(第2自己放電工程)と同一条件で、内部短絡が生じている電池100と生じていない電池100とを含む電池列200を、11日間放置し、放置期間中、各々の電池100の電池電圧値を測定した。図8には、これらの測定結果のうち、2つの電池100(内部短絡が生じている電池100と内部短絡が生じていない電池100)の測定結果を、放置開始時点の電池電圧値を基準にして、その変化量を示している。
(Leave test)
Next, FIG. 8 shows the results of a standing test performed to determine the conditions in step S10 (second self-discharge process) of Example 1. Specifically, the processes from Steps S1 to S9 were performed under the conditions of Example 1, and a plurality of
なお、図8では、内部短絡が生じていない電池100の電池電圧変化量を○印で示し、内部短絡が生じている電池100の電池電圧変化量を△印で示している。また、内部短絡が生じているか否かは、11日間の放置試験が終了した後、各々の電池100を分解して確認している。
In FIG. 8, the change amount of the battery voltage of the
図8に示すように、2つの電池100の電池電圧値は、電池列200の放置を開始してから2日間近く上昇している。他の電池100についても、ほぼ同様であり、放置開始からの電圧上昇期間は、最長でも2日間であることがわかった。
さらに、電圧上昇期間(2日間)が経過した後、内部短絡が生じている電池100は、内部短絡が生じていない電池100に比べて、電池電圧値が大きく低下してゆくことがわかる。そして、電圧上昇期間(2日間)の経過後、さらに3日間放置することで、内部短絡が生じている電池100と内部短絡が生じていない電池100とでは、電圧上昇期間(2日間)経過時からの電池電圧変化量に、大きな差が生じることがわかる。
As shown in FIG. 8, the battery voltage values of the two
Further, it can be seen that after the voltage increase period (2 days) has elapsed, the battery voltage value of the
具体的には、内部短絡が生じていない電池100では、電圧上昇期間(2日間)が経過したときの電池電圧値と、その後さらに3日間放置したときの電池電圧値との差分値である電池電圧差ΔVhiが、約0.3mVとなった。一方、内部短絡が生じている電池100では、電池電圧差ΔVhiが約0.8mVとなり、内部短絡が生じていない電池100に比べて、かなり大きな値となった。電池電圧差ΔVhiにこれだけ大きな差が生じれば、電池電圧差ΔVhiに基づいて、適切に、内部短絡の有無を判別できる。従って、実施例1の第2自己放電工程)における「規定期間」を、3日間に設定することにした。
Specifically, in the
従って、実施例1のステップS10(第2自己放電工程)では、電池列200の放置を開始してから2日後に、各々のリチウムイオン二次電池100の電池電圧値Vhを測定し、その後、3日間(規定期間)、電池列200を放置するようにして、その3日間(規定期間)が経過した時に、各々のリチウムイオン二次電池100の電池電圧値Viを測定することにした。
Therefore, in step S10 (second self-discharge step) of Example 1, the battery voltage value Vh of each lithium ion
以上より、実施例1の製造方法によれば、ステップS10(第2自己放電工程)において、放置開始後の電池電圧上昇期間を2日以内(最大で2日間)と短くすることができるので、第2自己放電工程全体の期間を5日間と短くすることができる。 As described above, according to the manufacturing method of Example 1, in step S10 (second self-discharge step), the battery voltage increase period after the start of standing can be shortened to within 2 days (maximum 2 days). The entire period of the second self-discharge process can be shortened to 5 days.
(第1放電終止電圧値Veの好ましい値)
次に、放電量測定工程(ステップS6)における第1放電終止電圧値Veの好ましい値を調査した。
具体的には、まず、実施例1のステップS1〜S9と同様にして、電池100を作製した。但し、ステップS6(放電量測定工程)における第1放電終止電圧値Veの値のみを、1.5V〜3.57Vの範囲内で異ならせて、11種類の電池100を作製した(図9参照)。
(Preferred value of first discharge end voltage value Ve)
Next, the preferred value of the first discharge end voltage value Ve in the discharge amount measuring step (step S6) was investigated.
Specifically, first, a
その後、前述の放置試験(第2自己放電工程と同様な放置)を行い、各々の電池100について、放置開始からの電池電圧上昇期間を調査した。その結果を、第1放電終止電圧値Veと電池電圧上昇期間との関係として、図9に○印で示す。
Thereafter, the above-mentioned leaving test (leaving as in the second self-discharge step) was performed, and the battery voltage increase period from the start of leaving was examined for each
また、上述の11種類の電池100について、それぞれ、内部抵抗値(IV抵抗値)を測定した。具体的には、各々の電池100を充電(または放電)して、各々の電池電圧値を3.72V(SOC60%)にする。その後、各々の電池100について、25℃の温度環境下で、100Aの定電流で10秒間だけ放電させ、放電終了時(終了した瞬間)の電池電圧値Vkを測定する。次いで、放電により変化した電池電圧変化量ΔV(=3.72−Vk)を電流値100Aで除した値(=ΔV/100)を、IV抵抗値(内部抵抗値)として取得した。これらの結果を、第1放電終止電圧値Veと電池内部抵抗(IV抵抗)との関係として、図9に△印で示す。
In addition, the internal resistance value (IV resistance value) of each of the 11 types of
図9からわかるように、第1放電終止電圧値Veの値を小さくしたほうが、第2自己放電工程における放置開始後の電池電圧上昇期間を短縮することができる。詳細には、第1放電終止電圧値Veの値を3.55V以下にすると、第2自己放電工程における放置開始後の電池電圧上昇期間を2日以内にすることができる。 As can be seen from FIG. 9, the battery voltage increase period after the start of standing in the second self-discharge step can be shortened by decreasing the first discharge end voltage value Ve. Specifically, when the value of the first discharge end voltage value Ve is 3.55 V or less, the battery voltage increase period after the start of standing in the second self-discharge process can be made within two days.
しかしながら、第1放電終止電圧値Veの値を小さくし過ぎると、電池の内部抵抗が大きくなる。詳細には、第1放電終止電圧値Veの値を2.5Vより小さくすると、電池の内部抵抗が急激に大きくなる。 However, if the first discharge end voltage value Ve is too small, the internal resistance of the battery increases. Specifically, when the value of the first discharge end voltage value Ve is less than 2.5V, the internal resistance of the battery increases rapidly.
以上の結果より、第1放電終止電圧値Veの値を、2.5V以上3.55V以下の範囲内の値とすることで、第2自己放電工程における放置開始後の電池電圧上昇期間を短縮する(2日以内にする)ことができ、且つ、電池内部抵抗も小さくすることができるといえる。 From the above results, by setting the first discharge end voltage value Ve to a value within the range of 2.5V to 3.55V, the battery voltage increase period after the start of standing in the second self-discharge process is shortened. (Within 2 days) and the battery internal resistance can be reduced.
特に、第1放電終止電圧値Veの値を、2.5V以上2.7V以下の範囲内の値とすることで、第2自己放電工程における放置開始後の電池電圧上昇期間を、特に短くする(電圧上昇期間を1.5日以内にする)ことができる。これにより、第2自己放電工程にかかる期間を特に短くすることができる。 In particular, by setting the value of the first discharge end voltage value Ve to a value within the range of 2.5 V or more and 2.7 V or less, the battery voltage increase period after the start of standing in the second self-discharge process is particularly shortened. (Voltage increase period can be within 1.5 days). Thereby, the period concerning a 2nd self-discharge process can be shortened especially.
(第2放電終止電圧値Vjの好ましい値)
次に、内部抵抗測定工程(ステップS7)における第2放電終止電圧値Vjの好ましい値を調査した。
具体的には、まず、実施例1のステップS1〜S9と同様にして、電池100を作製した。但し、ステップS7(内部抵抗測定工程)における第2放電終止電圧値Vjの値のみを、1.0V〜3.57Vの範囲内で異ならせて、10種類の電池100を作製した(図10参照)。
(Preferred value of second discharge end voltage value Vj)
Next, the preferred value of the second discharge end voltage value Vj in the internal resistance measurement step (step S7) was investigated.
Specifically, first, a
その後、前述の放置試験(第2自己放電工程と同様な放置)を行い、各々の電池100について、放置開始からの電池電圧上昇期間を調査した。その結果を、第2放電終止電圧値Vjと電池電圧上昇期間との関係として、図10に○印で示す。
Thereafter, the above-mentioned leaving test (leaving as in the second self-discharge step) was performed, and the battery voltage increase period from the start of leaving was examined for each
また、上述の10種類の電池100について、それぞれ、内部抵抗値(IV抵抗値)を測定した。具体的には、各々の電池100を充電(または放電)して、各々の電池電圧値を3.72V(SOC60%)にする。その後、各々の電池100について、25℃の温度環境下で、100Aの定電流で10秒間だけ放電させ、放電終了時(終了した瞬間)の電池電圧値Vkを測定する。次いで、放電により変化した電池電圧変化量ΔV(=3.72−Vk)を電流値100Aで除した値(=ΔV/100)を、IV抵抗値(内部抵抗値)として取得した。これらの結果を、第1放電終止電圧値Veと電池内部抵抗(IV抵抗)との関係として、図10に△印で示す。
Further, the internal resistance value (IV resistance value) of each of the ten types of
図10からわかるように、第2放電終止電圧値Vjの値を小さくしたほうが、第2自己放電工程における放置開始後の電池電圧上昇期間を短縮することができる。詳細には、第2放電終止電圧値Vjの値を3.55V以下にすると、第2自己放電工程における放置開始後の電池電圧上昇期間を2日以内にすることができる。 As can be seen from FIG. 10, the battery voltage increase period after the start of standing in the second self-discharge step can be shortened by reducing the second discharge end voltage value Vj. Specifically, when the second discharge end voltage value Vj is set to 3.55 V or less, the battery voltage increase period after the start of standing in the second self-discharge process can be made within two days.
しかしながら、第2放電終止電圧値Vjの値を小さくし過ぎると、電池の内部抵抗が大きくなる。詳細には、第2放電終止電圧値Vjの値を1.5Vより小さくすると、電池の内部抵抗が急激に大きくなる。 However, if the second discharge final voltage value Vj is too small, the internal resistance of the battery increases. Specifically, when the value of the second discharge end voltage value Vj is made smaller than 1.5V, the internal resistance of the battery rapidly increases.
以上の結果より、第2放電終止電圧値Vjの値を、1.5V以上3.55V以下の範囲内の値とすることで、第2自己放電工程における放置開始後の電池電圧上昇期間を短縮する(2日以内にする)ことができ、且つ、電池内部抵抗も小さくすることができるといえる。 From the above results, by setting the second discharge end voltage value Vj to a value within the range of 1.5 V or more and 3.55 V or less, the battery voltage increase period after the start of standing in the second self-discharge process is shortened. (Within 2 days) and the battery internal resistance can be reduced.
特に、第2放電終止電圧値Vjの値を、1.5V以上2.0V以下の範囲内の値とすることで、第2自己放電工程における放置開始後の電池電圧上昇期間を「0日」にすることができる。換言すれば、第2放電終止電圧値Vjの値を1.5V以上2.0V以下の範囲内の値とすることで、第2自己放電工程において、電池列200の放置を開始してから電池電圧値が上昇することなく低下するようになる。この場合、第2自己放電工程では、電池列200の放置を開始してから規定期間(例えば、3日間)だけ、拘束状態の電池列200を放置して、電池列200をなす電池100を自己放電させれば良い。これにより、第2自己放電工程にかかる期間を極めて短くすることができる。
In particular, by setting the second discharge end voltage value Vj to a value within the range of 1.5 V or more and 2.0 V or less, the battery voltage increase period after the start of standing in the second self-discharge process is set to “0 days”. Can be. In other words, by setting the second discharge end voltage value Vj to a value within the range of 1.5 V or more and 2.0 V or less, in the second self-discharge process, the
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上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言うまでもない。
例えば、実施形態では、ステップS2(電池拘束工程)及びステップS8(拘束解除工程)を設けたが、これらの工程を設けることなく、リチウムイオン二次電池を製造するようにしても良い。すなわち、組み付け工程(ステップS1)において作製されたリチウムイオン二次電池100を押圧治具30,40で挟んで拘束状態にすることなく、ステップS3〜S7の処理を行うようにしても良い。
In the above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof.
For example, although step S2 (battery restraint process) and step S8 (restraint release process) are provided in the embodiment, a lithium ion secondary battery may be manufactured without providing these processes. That is, you may make it perform the process of step S3-S7, without putting the lithium ion
30,40 押圧治具
100 リチウムイオン二次電池(電池)
110 電極体
120 負極板
121 負極活物質層
127 負極活物質
128 負極集電板
130 正極板
131 正極活物質層
137 正極活物質
138 正極集電板
150 セパレータ
160 電解液
180 電池ケース
200 電池列
30, 40 Pressing
DESCRIPTION OF
Claims (4)
上記組み付け工程を終えた上記電池を初期充電する初期充電工程と、
上記初期充電工程を終えた上記電池を、所定の温度で一定時間安置してエージングするエージング工程と、
上記エージング工程を終えた上記電池を、所定期間放置することにより自己放電させる第1自己放電工程と、
上記第1自己放電工程を終えた上記電池を、その電池電圧値が所定の第1放電終止電圧値に至るまで強制的に放電させつつ、上記電池電圧値が所定の測定開始電圧値から上記第1放電終止電圧値に至るまでの間の上記電池の放電電気量を測定する放電量測定工程と、
上記放電量測定工程を終えた上記電池の内部抵抗値を測定する内部抵抗測定工程と、
上記内部抵抗測定工程を終えた上記電池を複数用意し、これらの電池を一列または複数列に列置して1または複数列の電池列にすると共に、上記電池列を、その両端側から押圧治具で挟んで拘束状態にする電池列拘束工程と、
上記拘束状態の上記電池列を放置することにより、上記電池列をなす各々の上記電池を自己放電させる第2自己放電工程と、を備える
リチウムイオン二次電池の製造方法であって、
上記正極活物質は、Li X MO 2 (Mは、Niである、または、主成分であるNiの他にAl,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Cu,Zn,Mg,Ga,Zr,Siの少なくともいずれかを含むものである、1.04≦X≦1.15)であり、
上記負極活物質は、黒鉛と非晶質炭素とからなり、
上記負極活物質の粒子のBET比表面積が、2.8〜5.2m 2 /gの範囲内であり、
上記電解液中の上記LiPF 2 O 2 の濃度が、0.01〜0.076mol/Lの範囲内であり、
上記内部抵抗測定工程では、
上記電池の電圧値が所定の放電開始電圧値から所定の第2放電終止電圧値に至るまでの間、上記電池を所定の一定電流値で強制的に放電させつつ、当該放電を開始してから規定の放電時間が経過したときの電池電圧値を計測し、上記放電開始電圧値からこの電池電圧値を差し引いた電圧差分値を算出して、この電圧差分値と上記一定電流値とから上記電池の内部抵抗値を算出し、
上記第2自己放電工程は、
上記電池列の放置を開始してから上記電池電圧値が上昇する場合は、上記電池電圧値の上昇期間が経過した後から規定期間、上記拘束状態の上記電池列を放置する一方、
上記電池列の放置を開始してから上記電池電圧値が上昇することなく低下する場合は、上記電池列の放置を開始してから上記規定期間、上記拘束状態の上記電池列を放置して、
上記電池列をなす上記電池を自己放電させる工程であり、
当該製造方法は、下記の(1)及び(2)の少なくともいずれかの条件を満たす
リチウムイオン二次電池の製造方法。
(1)上記放電量測定工程では、上記第1放電終止電圧値を2.5V以上3.55V以下の範囲内の値とする。
(2)上記内部抵抗測定工程では、上記第2放電終止電圧値を1.5V以上3.55V以下の範囲内の値とする。 An assembly process for producing a battery in which an electrode body having a positive electrode active material and a negative electrode active material, and an electrolytic solution containing LiPF 2 O 2 are housed in a battery case;
An initial charging step for initially charging the battery after the assembly step;
An aging process in which the battery after the initial charging process is aged at a predetermined temperature for a fixed time; and
A first self-discharge step in which the battery that has finished the aging step is self-discharged by being left for a predetermined period;
The battery voltage value is changed from a predetermined measurement start voltage value to the first voltage while the battery having finished the first self-discharge process is forcibly discharged until the battery voltage value reaches a predetermined first discharge end voltage value. A discharge amount measuring step for measuring a discharge electricity amount of the battery until reaching a discharge end voltage value;
An internal resistance measurement step for measuring the internal resistance value of the battery after the discharge amount measurement step;
A plurality of the batteries having undergone the internal resistance measurement step are prepared, and these batteries are arranged in one or a plurality of rows to form one or a plurality of battery rows, and the battery row is pressed from both ends. A battery array restraining step to be in a restrained state sandwiched between tools,
A second self-discharge step of self-discharging each of the batteries constituting the battery row by leaving the battery row in the restrained state, and a method of manufacturing a lithium ion secondary battery,
The positive electrode active material is Li x MO 2 (M is Ni or Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Mg, Ga, in addition to Ni as the main component. Including at least one of Zr and Si, 1.04 ≦ X ≦ 1.15)
The negative electrode active material is composed of graphite and amorphous carbon,
The negative electrode active material particles have a BET specific surface area in the range of 2.8 to 5.2 m 2 / g;
The concentration of the LiPF 2 O 2 in the electrolyte is in the range of 0.01 to 0.076 mol / L;
In the internal resistance measurement process,
From the start of the discharge while forcibly discharging the battery at a predetermined constant current value until the voltage value of the battery reaches a predetermined second discharge end voltage value from a predetermined discharge start voltage value. The battery voltage value when the specified discharge time has elapsed is measured, a voltage difference value obtained by subtracting the battery voltage value from the discharge start voltage value is calculated, and the battery is calculated from the voltage difference value and the constant current value. Calculate the internal resistance value of
The second self-discharge step is
When the battery voltage value rises after starting to leave the battery row, the battery row in the restrained state is left for a specified period after the rising period of the battery voltage value ,
If the battery voltage value decreases without increasing after starting to leave the battery row, leave the battery row in the restrained state for the specified period after starting to leave the battery row,
A step of self-discharging the battery forming the battery row;
The manufacturing method is a method for manufacturing a lithium ion secondary battery that satisfies at least one of the following conditions (1) and (2).
(1) In the discharge amount measuring step, the first discharge end voltage value is set to a value within a range of 2.5V to 3.55V.
(2) In the internal resistance measurement step, the second discharge end voltage value is set to a value within a range of 1.5V to 3.55V.
前記(1)の条件について、前記第1放電終止電圧値を2.5V以上2.7V以下の範囲内の値とする
リチウムイオン二次電池の製造方法。 It is a manufacturing method of the lithium ion secondary battery according to claim 1,
With respect to the condition (1), a method for producing a lithium ion secondary battery in which the first discharge end voltage value is set to a value within a range of 2.5 V to 2.7 V.
前記(2)の条件について、前記第2放電終止電圧値を1.5V以上2.0V以下の範囲内の値とする
リチウムイオン二次電池の製造方法。 It is a manufacturing method of the lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2,
Regarding the condition (2), a method for producing a lithium ion secondary battery, wherein the second discharge end voltage value is set to a value within a range of 1.5 V or more and 2.0 V or less.
前記組み付け工程の後、前記初期充電工程の前に、上記組み付け工程を終えた前記電池を、押圧治具で挟んで拘束状態にする電池拘束工程を備え、
前記内部抵抗測定工程の後、前記電池列拘束工程の前に、上記電池拘束工程において行った上記電池の拘束を解除する拘束解除工程を備え、
前記初期充電工程、前記エージング工程、前記第1自己放電工程、前記放電量測定工程、及び上記内部抵抗測定工程では、いずれも、前記電池は上記拘束状態である
リチウムイオン二次電池の製造方法。 It is a manufacturing method of the lithium ion secondary battery as described in any one of Claims 1-3,
After the assembling step, before the initial charging step, the battery that has finished the assembling step is provided with a battery restraining step that is sandwiched between pressing jigs,
After the internal resistance measurement step, before the battery row restraint step, comprising a restraint release step of releasing the restraint of the battery performed in the battery restraint step,
In all of the initial charging step, the aging step, the first self-discharge step, the discharge amount measuring step, and the internal resistance measuring step, the battery is a method for manufacturing a lithium ion secondary battery in the restrained state.
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