JP5765582B2 - 非水電解液二次電池 - Google Patents
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Description
この明細書によると、例えば図3に示すように、ここに開示されるいずれかの非水電解液二次電池100を搭載した車両1が提供される。非水電解液二次電池100は、ここに開示されるいずれかの方法により製造されたものであり得る。車両1は、複数の非水電解液二次電池100が接続された形態の組電池を搭載したものであってもよい。非水電解液二次電池を搭載した車両の好適例として、該非水電解液二次電池を動力源として備える車両(例えば、家庭用電源により充電できるPHV、EV等)が挙げられる。
本明細書において「リチウム二次電池」とは、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電する二次電池をいう。一般にリチウムイオン二次電池と称される電池は、本明細書におけるリチウム二次電池に包含される典型例である。
本明細書において「活物質」とは、二次電池において電荷担体となる化学種を可逆的に吸蔵および放出(典型的には挿入および脱離)可能な物質をいう。上記電荷担体となる化学種は、リチウム二次電池においては主としてリチウムイオンである。
本明細書において「1C」とは、満充電状態(SOC100%)の電池を1時間で放電終止電圧(SOC0%)まで放電させる電流値を意味する。
また、本明細書において「平均粒子径」とは、特記しない場合、一般的なレーザ回折式粒度分布測定装置により得られるメジアン径(D50)を指すものとする。
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の概略構成を図1に示す。このリチウムイオン二次電池100は、長尺状の正極シート10と長尺状の負極シート20が二枚の長尺状のセパレータシート30を介して捲回された形態の電極体(捲回電極体)80が、非水電解液90とともに、捲回電極体80を収容し得る形状(角型)の電池ケース50に収容された構成を有する。
ここに開示される製造方法では、オキサラトボレート型化合物を含む非水電解液を有する電池セルを構築した後、該電池セルを充電する。好ましい一態様において、上記充電は、上記電池のコンディショニング(初期充放電)の一環として行われ得る。上記コンディショニングは、上記電池を充電する操作と放電させる操作とを1〜3回繰り返す処理を含み得る。上記充電は、典型的にはSOC100%程度まで行われる。充電レートは、例えば1/20C〜5C程度とすることができる。上記放電は、典型的にはSOC0%程度まで行われる。放電レートは、例えば1/20C〜5C程度とすることができる。
また、電池セル内に想定外の金属異物が存在した場合、該電池セルをある程度充電された状態で常温を超える温度域に保持することにより、上記金属異物の溶解を促進し、これにより電池の出荷前において該電池の不具合(微短絡等)をより的確に検出し得る。このような電池出荷前の不具合検出向上の観点から、上記エージング処理は、電池セルがSOC70%以上または電圧3.8V以上の少なくとも一方(好ましくは両方)を満たす条件で行うことが好ましい。かかる条件によると、金属異物の溶解が効果的に促進され得るためである。
なお、後述する実施例に記載の構成を有する電池セルでは、SOC60%における端子間電圧は約3.7Vであり、SOC100%における端子間電圧は4.1Vである。
なお、上述した電池セルの好ましいSOCは、改質処理開始時のSOCを指し、改質処理時間中にSOCが若干低下することは許容され得る。処理効率の観点からは、改質処理の終了時までSOCが50%以上(より好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上)に維持されることが好ましい。
シュウ酸イオン濃度の下限は特に限定されないが、通常は0.001μmol/cm2以上(例えば0.01μmol/cm2以上)であることが適当である。実質的にシュウ酸イオンを含まないOB膜であってもよい。ここで「実質的にシュウ酸イオンを含まない」とは、IC(イオンクロマトグラフ)分析においてシュウ酸イオンが検出限界以下であることをいう。
また、改質後のOB膜に含まれるホウ素の量は、2.0μmol/cm2以下であることが好ましく、1.0μmol/cm2以下であることが好ましい。このことによって、より初期抵抗の低い負極を備えた非水二次電池が実現され得る。
なお、ICP(高周波誘導結合プラズマ)発光分析においてホウ素が検出限界以下であることを、「実質的にホウ素を含まない」と表現することがある。
なお、上述の現象は、捲回電極体に限らず、積層型電極体においても同様に生じ得ると考えられる。
ここに開示される技術において、電池セルの構築に用いられる非水電解質としては、非水溶媒とオキサラトボレート型化合物とを含むものが用いられる。典型的には、非水溶媒およびオキサラトボレート型化合物に加えて、該非水溶媒に溶解してリチウムイオンを供給し得るリチウム化合物(支持電解質)をさらに含む非水電解液が用いられる。
非水溶媒としては、従来の一般的なリチウムイオン二次電池用電解液と同様のものを用いることができる。かかる非水電解液は、典型的には、非水溶媒と、該溶媒に溶解してリチウムイオンを供給し得るリチウム化合物(支持電解質)とを含む。上記非水溶媒としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の非プロトン性溶媒を用いることができる。例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン等の、一般にリチウムイオン二次電池用の電解液に使用し得るものとして知られている非水溶媒から選択される一種または二種以上を用いることができる。
ここに開示される技術におけるオキサラトボレート型化合物の典型例は、少なくとも一つのシュウ酸イオン(C2O4 2−)がホウ素(B)に配位した構造部分を有するオキサラト錯体である。好ましいオキサラトボレート型化合物として、下記式(I)または(II)で表される化合物が例示される。
ここに開示される技術において用いられるジフルオロリン酸塩は、ジフルオロリン酸アニオン(PO2F2 −)を有する各種の塩であり得る。かかるジフルオロリン酸塩におけるカチオン(カウンターカチオン)は、無機カチオンおよび有機カチオンのいずれでもよい。無機カチオンの具体例としては、Li,Na,K等のアルカリ金属のカチオン;Be,Mg,Ca等のアルカリ土類金属のカチオン;等が挙げられる。有機カチオンの具体例としては、テトラアルキルアンモニウム、トリアルキルアンモニウム等のアンモニウムカチオンが挙げられる。このようなジフルオロリン酸塩は、公知の方法により作成することができ、あるいは市販品の購入等により入手することができる。通常は、ジフルオロリン酸塩として、ジフルオロリン酸アニオンと無機カチオン(例えばアルカリ金属のカチオン)との塩を用いることが好ましい。ここに開示される技術におけるジフルオロリン酸塩の一好適例として、ジフルオロリン酸リチウム(LiPO2F2)が挙げられる。
上記支持電解質としては、リチウムイオン二次電池の支持電解質として機能し得ることが知られている各種の材料を適宜採用することができる。例えば、LiPF6,LiBF4,LiN(SO2CF3)2,LiN(SO2C2F5)2,LiCF3SO3,LiC4F9SO3,LiC(SO2CF3)3,LiClO4等の、リチウムイオン二次電池の支持電解質として機能し得ることが知られている各種のリチウム塩(オキサラトボレート型化合物またはジフルオロリン酸塩に該当するリチウム塩を除く。)から選択される一種または二種以上を用いることができる。なかでもLiPF6を好ましく使用し得る。
また、改質前または改質後のOB膜に含まれるホウ素の量は、例えば、ICP発光分析により定量することができる。改質前または改質後のOB膜に含まれるシュウ酸イオンの量は、例えば、イオンクロマトグラフィにより定量することができる。
また、上記電池セルの構築に用いられた非水電解液中のジフルオロリン酸塩の量(換言すれば、電池ケース内に供給されたジフルオロリン酸塩の量)は、例えば、イオンクロマトグラフィにより正負極活物質層表面のPO2F2イオン、PO3Fイオン、PO4イオンの量を定量する;該電池の容器内に溜まった非水電解液をイオンクロマトグラフィにより分析してジフルオロリン酸塩およびそれらの分解物に起因する化学種を定量する;等の方法により把握することができる。このジフルオロリン酸塩の量と電池ケース内にある電解液の量とから、電池セルの構築に用いられた非水電解液のジフルオロリン酸塩濃度[mol/kg]を算出することができる。
また、DFP膜に含まれるジフルオロリン酸イオンの量は、例えば、イオンクロマトグラフィにより定量することができる。
負極シートを構成する負極活物質層は、例えば、負極活物質および必要に応じて用いられるバインダ等を適当な溶媒に分散させたペーストまたはスラリー状の組成物を負極集電体に付与し、該組成物を乾燥させることにより好ましく作製することができる。乾燥後、必要に応じて全体をプレスしてもよい。負極集電体の単位面積当たりに設けられる負極活物質層の質量(負極集電体の両面に負極活物質層を有する構成では、両面の合計質量)は、例えば6〜30mg/cm2程度とすることが適当である。負極活物質層の密度は、例えば0.9〜1.5g/cm3程度とすることができる。
負極活物質としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる材料の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適な負極活物質として炭素材料が挙げられる。少なくとも一部にグラファイト構造(層状構造)を有する粒子状の炭素材料(カーボン粒子)が好ましい。いわゆる黒鉛質のもの(グラファイト)、難黒鉛化炭素質のもの(ハードカーボン)、易黒鉛化炭素質のもの(ソフトカーボン)、これらを組み合わせた構造を有するもの等の、いずれの炭素材料も好適に使用され得る。なかでも特に、天然黒鉛等のグラファイト粒子を好ましく使用することができる。グラファイトの表面に非晶質(アモルファス)カーボンが付与されたカーボン粒子等であってもよい。
負極活物質のBET比表面積は、例えば1.0〜10.0m2/g(より好ましくは3.0〜6.0m2/gの範囲にあることが好ましい。
正極シートを構成する正極活物質層は、例えば、正極活物質および必要に応じて用いられる導電材、結着剤(バインダ)等を適当な溶媒に分散させたペーストまたはスラリー状の組成物を正極集電体に付与し、該組成物を乾燥させることにより好ましく作製することができる。乾燥後、必要に応じて全体をプレスしてもよい。正極集電体の単位面積当たりに設けられる正極活物質層の質量(正極集電体の両面に正極活物質層を有する構成では、両面の合計質量)は、例えば8〜30mg/cm2程度とすることが適当である。正極活物質層の密度は、例えば1.8〜2.9g/cm3程度とすることができる。
正極活物質としては、リチウムを可逆的に吸蔵および放出可能な材料が用いられ、リチウムイオン二次電池の正極活物質として使用し得ることが知られている各種の材料の一種または二種以上を、特に限定なく使用することができる。例えば、リチウムと少なくとも一種の遷移金属元素とを構成金属元素として含む酸化物(リチウム遷移金属酸化物)を好ましく採用し得る。例えば、層状またはスピネル型の結晶構造を有するリチウム遷移金属酸化物を用いることができる。
正極活物質として使用し得る材料の他の好適例として、オリビン型リン酸リチウムその他のポリアニオン系材料が挙げられる。上記オリビン酸リチウムは、例えば、一般式LiMPO4(MはCo、Ni、Mn、Feのうちの少なくとも一種以上の元素)で表記されるオリビン型リン酸リチウム(LiFePO4、LiMnPO4等)であり得る。
好ましい一態様に係る正極活物質は、上記添加元素として、W,CrおよびMoから選択される少なくとも一種の金属元素を含む。特に、上記添加元素として少なくともWを含む組成の正極活物質が好ましい。かかる正極活物質を用いた電池は、反応抵抗が低減され、入出力特性に優れたものとなり得る。
正極活物質における添加元素(例えばW)の含有量は、該正極活物質に含まれるNi,CoおよびMnの合計モル数を100モル%として、例えば0.001〜5モル%とすることができ、通常は0.01〜3モル%とすることが適当であり、0.05〜1モル%(より好ましくは0.1〜1モル%、例えば0.2〜1モル%)とすることが好ましい。
ここに開示される正極活物質のBET比表面積は、凡そ0.3m2/g以上であることが好ましく、より好ましくは0.5m2/g以上、さらに好ましくは0.8m2/g以上である。また、上記BET比表面積は、例えば、凡そ3.0m2/g以下(例えば2.0m2/g以下)とすることができ、1.7m2/g以下であってもよく、さらに1.5m2/g以下であってもよい。好ましい一態様に係る正極活物質は、BET比表面積が概ね0.5〜2.0m2/gの範囲にある。
正極シートと負極シートとの間に介在されるセパレータとしては、当該分野において一般的なセパレータと同様のものを特に限定なく用いることができる。例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂からなる多孔質シート、不織布等を用いることができる。好適例として、一種または二種以上のポリオレフィン樹脂を主体に構成された、単層構造または多層構造の多孔性樹脂シートが挙げられる。多層構造の多孔性樹脂シートとしては、例えば、PEシート、PPシート、PE層の両側にPP層が積層された三層構造(PP/PE/PP構造)のシート等を好適に使用し得る。上記多孔性樹脂シートの厚さは、例えば、10μm〜40μm程度であることが好ましい。
この耐熱層は、例えば、無機フィラーとバインダとを含む層であり得る。例えば、アルミナ、ベーマイト(Boehmite;組成式Al2O3・H2Oで示されるアルミナ一水和物)、シリカ、チタニア、カルシア、マグネシア、ジルコニア、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等の無機フィラーを好ましく採用し得る。無機フィラーの性状としては、粒状、繊維状、フレーク状等の粉末状が好ましい。無機フィラー粉末の平均粒径は、例えば0.05μm〜2μm(典型的には0.1μm〜2μm、好ましくは0.4μm〜0.7μm)程度であり得る。あるいは、平均粒径0.5μm〜5μmのフレーク状(板状)の無機フィラーを用いてもよい。かかるフレーク状無機フィラーとしては、例えば、平均厚みが0.02μm〜0.7μmのものを好ましく採用し得る。
特に限定するものではないが、ここに開示される非水電解液二次電池は、正極の初期充電容量(CP)に対する負極の初期充電容量(CN)の比として算出される対向容量比(CN/CP)が1.0〜2.1となるよに調整されていることが好ましい。上記対向容量比(CN/CP)が1.2〜2.0であることが好ましく、1.6〜2.0であることがより好ましい。CN/CPが小さすぎると、電池の使用条件によっては(例えば、急速充電時等に)、金属リチウムが析出しやすくなる等の不都合が生じ得る。一方、CN/CPが大きすぎると、電池のエネルギー密度が低下しやすくなることがある。
(正極活物質の作製)
硫酸ニッケル(NiSO4)、硫酸コバルト(CoSO4)、硫酸マンガン(MnSO4)および硫酸ジルコニウムを水に溶解させて、Ni:Co:Mnのモル比が1:1:1であり、かつNi,Co,MnおよびZrの合計濃度が1.8mol/Lである水溶液aqAを調製した。また、パラタングステン酸アンモニウム(5(NH4)2O・12WO3)を水に溶解させて、W濃度が0.1mol/Lの水溶液aqB(W水溶液)を調製した。攪拌装置および窒素導入管を備えた反応槽に、25%(質量基準)水酸化ナトリウム水溶液と25%(質量基準)アンモニア水とをそれぞれ適量加えて、pHが12.0であり、液相のアンモニア濃度が20g/Lであるアルカリ性水溶液を調製した。
このアルカリ性水溶液に、上記でそれぞれ調製した水溶液aqAと、水溶液aqBと、25%水酸化ナトリウム水溶液と、25%アンモニア水とを、一定速度で供給することにより、反応液をpH12.0以上(具体的にはpH12.0〜14.0)、かつアンモニア濃度20g/Lに維持しつつ、該反応液から水酸化物を晶析させた(核生成段階)。次いで、上記反応槽への各液の供給速度を調節して反応液のpH12.0未満(具体的にはpH10.5〜11.9)に調整し、液相のアンモニア濃度を1〜10g/Lの範囲の所定濃度に制御しつつ、上記で生成した核の粒子成長反応を行った(粒子成長段階)。生成物を反応槽から取り出し、水洗し、乾燥させて、(Ni+Co+Mn):Zr:Wのモル比が100:0.2:0.5である複合水酸化物(前駆体水酸化物)を得た。この前駆体水酸化物に、大気雰囲気中、150℃で12時間の熱処理を施した。
上記で作製した正極活物質と、AB(導電材)と、PVDF(結着材)とを、これらの材料の質量比が90:8:2となるようにN−メチルピロリドン(NMP)と混合して、正極活物質層形成用のスラリー状組成物を調製した。この組成物を、厚さ15μmの長尺状のアルミニウム箔(正極集電体)の両面に塗付した。塗付量は、両面の塗付量が略同等であり両面の合計塗付量が約11.3mg/cm2(乾燥後、固形分基準)となるように調節した。上記組成物を乾燥させた後、圧延プレス機によりプレスして、正極活物質層の密度を1.8〜2.4g/cm3に調整した。これを裁断して、長さ3000mmの長尺状であって、その長手方向に沿って幅98mmの帯状の塗工部(活物質層が形成された部分を指す。以下同じ。)を有する正極シートを作製した。
負極活物質としては、グラファイト粒子の表面にアモルファスカーボンがコートされた構造のカーボン粒子を使用した。より具体的には、天然黒鉛粉末とピッチとを混合して該黒鉛粉末の表面にピッチを付着させ(天然黒鉛粉末:ピッチの質量比は96:4とした。)、不活性雰囲気下において1000℃〜1300℃で10時間焼成した後、篩いにかけて、平均粒径(D50)5〜20μmであり、比表面積3.0〜6.0m2/gの負極活物質を得た。この負極活物質とSBRとCMCとを、これらの材料の質量比が98.6:0.7:0.7となるようにイオン交換水と混合して、負極活物質層形成用のスラリー状組成物を調製した。この組成物を、厚さ10μmの長尺状の銅箔(負極集電体)の両面に塗付した。塗付量は、両面の塗付量が略同等であり両面の合計塗付量が約7.3mg/cm2(乾燥後、固形分基準)となるように調節した。乾燥後、圧延プレス機によりプレスして、負極活物質層の密度を約0.9g/cm3〜1.3g/cm3に調整した。これを裁断して、長さ3200mmの長尺状であって、その長手方向に沿って幅102mmの帯状の塗工部を有する負極シートを作製した。
無機フィラーとしてのアルミナ粉末と、アクリル系バインダと、増粘剤としてのCMCとを、Al2O3:バインダ:CMCの配合比が98:1.3:0.7となるように、イオン交換水を溶媒として混練した。このスラリーを、厚さ20μmのポリエチレン製単層多孔質シートの片面に塗付し、70℃で乾燥させて無機多孔質層を形成することにより耐熱性セパレータを得た。上記スラリーの塗付量(目付量)は、固形分基準で0.7mg/cm2となるように調整した。乾燥後の無機多孔質層の厚みは4μmであった。
上記正極シートおよび上記負極シートを、2枚の上記耐熱性セパレータを介して重ね合わせた。2枚の上記耐熱性セパレータは、それらの無機多孔質層がそれぞれ負極シートの負極活物質層に対面する向きで配置した。これを長尺方向に29ターン捲回し、その捲回体を側面方向から押圧して拉げさせることにより、扁平形状の捲回電極体を作製した。
上記のように構築した各電池セルに対し、25℃において、次の手順1〜2に従ってコンディショニングを施した。
[手順1]1.5Cの定電流充電によって4.1Vに到達後、定電圧にて2時間充電し、10秒間休止する。
[手順2]1Cの定電流放電によって3.0Vに到達後、定電圧放電にて2時間放電し、10秒間停止する。
(定格容量の測定)
上記コンディショニング後の電池セルについて、温度25℃、3.0Vから4.1Vの電圧範囲で、次の手順1〜3に従って定格容量を測定した。
[手順1]1Cの定電流で3.0Vまで放電し、続いて定電圧で2時間放電し、10秒間休止する。
[手順2]1Cの定電流で4.1Vまで充電し、続いて定電圧で2.5時間充電し、10秒間休止する。
[手順3]1Cの定電流で3.0Vまで放電し、続いて定電圧で2時間放電し、10秒間停止する。
そして、手順3における定電流放電から定電圧放電に至る放電における放電容量(CCCV放電容量)を定格容量とした。
以下の手順で行われるLi析出試験により、上記電池セルの負極抵抗を評価した。
すなわち、上記コンディショニング後の各電池セルをSOC80%に調整した後、0℃において、以下の(I)〜(IV)を1サイクルとするパルス充放電を1000サイクル行った。その間、20サイクル毎に、各電池セルをSOC80%の充電状態に調整した。
(I)20Cの定電流で5秒間充電する。
(II)10分間休止する。
(III)20Cの定電流で5秒間放電する。
(IV)10分間休止する。
上記コンディショニングの後、SOC80%(電池電圧3.86V)に調整して60℃の環境下に300日間保存した(保存耐久試験)。この保存耐久試験後の各電池セルについて、上記と同様のLi析出試験を行って負極抵抗を評価した。その結果を表1の「保存耐久後負極抵抗」の欄に示した。
本実験例では、ECとEMCとDMCとを3:3:4の体積比で含む混合溶媒中にLiPF6を約1モル/Lの濃度で含み、さらに表2に示す濃度[モル/kg]でLiBOBを含む非水電解液を用い、その他の点についてはセルA1〜A9と同様にして、電池セルB1〜B14を構築した。
これらの電池セルに、実験例1と同様のコンディショニングを施した。
上記コンディショニング後の各電池セルに対し、該コンディショニングにより生じたOB膜を改質する処理を行った。具体的には、各電池セルをSOC90%に調整し、それぞれ表2に示す各改質条件に保持した。例えば、電池セルB11では、SOC90%(電池電圧3.97V)に調整した後、75℃の環境下に35時間保持した。
上記改質後の各電池セルにつき、実験例1と同様のLi析出試験を行って負極抵抗を評価した。その結果を、表2の「改質後初期負極抵抗」の欄に示した。また、上記改質処理を施す前の電池セルB1〜B14につき、同様にして負極抵抗を評価した。その結果を、表2の「改質前初期負極抵抗」の欄に示した。
上記改質後の電池セルを解体し、負極活物質層のICP発光分析を行って、該負極活物質層の面積当たりに含まれるホウ素(B)のモル数mB[μmol/cm2]を求めた。また、イオンクロマトグラフィにより、負極活物質層の面積当たりに含まれるシュウ酸イオンのモル数mA[μmol/cm2]を求めた。各電池セルについてmAおよびmBの値から、シュウ酸イオンのモル数mAに対するホウ素のモル数mBの比(mB/mA)を算出した。これらの結果を表2に示した。なお、表中の「−」は未測定または計算不可であることを示している。
1)電池を3Vまで放電し、解体し、負極シートを取り出した。
2)その負極シートをエチルメチルカーボネート(EMC)に浸漬して洗浄した。
3)捲回体の凡そ半ターン(0.5ターン)に相当する長さの負極シート(102mm×50mm)を分析に供した。
4)分析装置としては、島津製作所製のICP発光分析装置(ICPS8100)を使用した。
5)得られたホウ素量(μg)をモル換算し、分析した負極活物質層の面積で除してホウ素のモル数mBを算出した。
1)電池を3Vまで放電し、解体し、負極シートを取り出した。
2)その負極シートをEMCに浸漬して洗浄した。
3)上記負極シートを所定の面積(ここでは直径40mm)に打ち抜いた。
4)分析装置としては、日本ダイオネクス社製のイオンクロマトグラフ装置(ICS−3000)を使用した。
5)得られたシュウ酸イオン量(μg)をモル換算し、分析した負極活物質層の面積で除してシュウ酸イオンのモル数mAを算出した。
本実験例では、ECとEMCとDMCとを3:3:4の体積比で含む混合溶媒中にLiPF6を約1モル/Lの濃度で含み、さらに0.025モル/kgの濃度でLiBOBを含む非水電解液を用いた。その他の点についてはセルA1〜A9と同様にして、電池セルC1〜C4を構築した。
これらの電池セルに、実験例1と同様のコンディショニングを施した。
上記コンディショニング後の各電池セルをSOC90%(電池電圧3.97V)に調整し、それぞれ表3に示す各改質条件に保持した。
上記改質後の各電池セルを3Vまで放電し、解体し、負極シートのうち捲回電極体の最外周に位置していた部分につき、負極活物質層のICP発光分析を行ってMnの存在量を調べた。これらの電池セルの構築に使用した材料のうちMnを含む材料は正極活物質のみであるため、上記改質後の負極に存在するMnは、正極活物質から溶出して負極上で析出したものと考えられる。上記Mnの存在量(質量基準)を、分析対象とした領域に含まれる負極活物質の質量に対するMnの質量に対する百分率として求めた。その結果を、表3の「Mn析出量」の欄に示した。このMn析出量の多少は、正極活物質からのMnの溶出量の多少を反映するものと考えられる。
本実験例では、ECとEMCとDMCとを3:3:4の体積比で含む混合溶媒中にLiPF6を約1モル/Lの濃度で含み、さらに表4に示す濃度[モル/kg]でLiBOBおよびジフルオロリン酸リチウム(LiPO2F2)を含む非水電解液を用いた。その他の点についてはセルA1〜A9と同様にして、電池セルD1〜D7を構築した。
これらの電池セルに、実験例1と同様のコンディショニングを施した。
上記コンディショニング後の各電池セルをSOC90%に調整し、それぞれ表4に示す各改質条件にて改質処理を行った。
上記改質後の各電池セルの負極につき、実験例3と同様にしてMn析出量を求めた。
上記改質後の各電池セルを3Vまで放電し、解体し、正極活物質層のイオンクロマトグラフィを行って、該正極活物質層の面積当たりに含まれるジフルオロリン酸イオン(PO2F2)のモル数mP[μmol/cm2]を調べた。これらの結果を表4に示した。
1)電池を3Vまで放電し、解体、正極シートを取り出した。
2)その正極シートをEMCに浸漬して洗浄した。
3)上記正極シートを所定の面積(ここでは直径40mm)に打ち抜いた。
4)分析装置としては、日本ダイオネクス社製のイオンクロマトグラフ装置(ICS−3000)を使用した
5)得られたジフルオロリン酸イオン量(μg)をモル換算し、分析した正極活物質層の面積で除してジフルオロリン酸イオンのモル数mpを算出した。
10 正極シート(正極)
10A 正極活物質層非形成部
12 正極集電体
14 正極活物質層
142 正極活物質
144 DFP膜
20 負極シート(負極)
20A 負極活物質層非形成部
22 負極集電体
24 負極活物質層
242 負極活物質
244 OB膜
30 セパレータシート(耐熱性セパレータ)
32 有機多孔質層(多孔質樹脂シート)
32A 第一面(負極対向面)
34 無機多孔質層
50 電池ケース
52 ケース本体
54 蓋体
72 正極端子
74 負極端子
76 正極集電板
78 負極集電板
80 捲回電極体
90 非水電解液
100 リチウムイオン二次電池(非水電解液二次電池)
Claims (8)
- 非水電解液二次電池を製造する方法であって:
正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、非水溶媒およびオキサラトボレート型化合物を含み、オキサラトボレート型化合物の濃度が0.015mol/kg〜0.05mol/kgである非水電解液とを備える電池セルを構築すること;
前記電池セルを充電して、前記オキサラトボレート型化合物に由来する被膜であってホウ素(B)とシュウ酸イオンとを含む被膜を前記負極上に形成すること;および、
前記電池セルに対し、前記被膜におけるシュウ酸イオンの含有モル数mAに対するホウ素の含有モル数mBの比(mB/mA比)が3.0〜15に増大するように、前記電池セルがSOC82%以上および電圧3.9V以上の少なくとも一方を満たす状態で、前記電池セルを60℃以上の温度に保持してエージングする改質処理を施すこと;
を包含する、非水電解液二次電池製造方法。 - エージングする時間が、5時間以上48時間以下である、請求項1に記載の非水電解液二次電池製造方法。
- 前記電池セルの構築に用いられる非水電解液は、さらにジフルオロリン酸塩を含む、請求項1または2に記載の非水電解液二次電池製造方法。
- 前記電池セルの構築に用いられる非水電解液は、前記ジフルオロリン酸塩を0.05mol/kg〜1.0mol/kgの濃度で含む、請求項3に記載の非水電解液二次電池製造方法。
- 前記電池セルの構築に用いられる非水電解液は、前記ジフルオロリン酸塩の濃度McPが前記オキサラトボレート型化合物の濃度McBの1.5倍〜5倍である、請求項3または4に記載の非水電解液二次電池製造方法。
- 前記正極活物質は、Mnを構成金属元素として含むリチウム遷移金属酸化物である、請求項1から5のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池製造方法。
- 改質処理後の前記被膜に含まれるシュウ酸イオンの量が、前記負極の面積1cm 2 当たり0.07μmol以下である、請求項1から6のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池製造方法。
- 改質処理後の前記被膜に含まれるホウ素の量が、前記負極の面積1cm 2 当たり0.15μmol以上0.52μmol以下である、請求項1から7のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池製造方法。
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