JP6270059B2 - リチウムイオン二次電池の性能劣化回復方法 - Google Patents
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Description
このような状況下、リチウムイオン二次電池の性能劣化を回復して、リチウムイオン二次電池の耐久性を向上させロングライフ化を実現できる方法が望まれている。
そこで、本発明は、非水電解液としてリン原子(P)を含むリチウムイオン二次電池であって、正極表面にPを有する被膜が生成されたリチウムイオン二次電池に対し、比較的簡潔な処理を行うことで当該リチウムイオン二次電池の性能劣化の回復を実現し得る方法を提供することを目的とする。
すなわち、ここに開示されるリチウムイオン二次電池の性能劣化回復方法は、前記リチウムイオン二次電池に対し超音波を付与する超音波処理工程を包含する。そして、ここに開示されるリチウムイオン二次電池の性能劣化回復方法では、前記超音波処理工程において、発生させる超音波の周波数は900kHz以上であり、前記リチウムイオン二次電池に超音波を連続して付与する時間は5分以上である。
このような構成によれば、電池セルを分解せずに、正極表面にリン原子を有する被膜の少なくとも一部を超音波処理によって除去することができる。よって、ここに開示される性能劣化回復方法によると、多大な工程を要することなく、リチウムイオン二次電池の性能劣化を回復することが出来るため、コストメリットに優れている。
このような構成によれば、劣化原因となる正極表面のリン原子を有する被膜をより効果的に除去することができる。また、超音波の周波数が2000kHz以下の場合、活物質の滑落を抑止する観点からも好ましい。
このような構成によれば、処理工程における電池の過度な温度上昇を抑制でき、熱による劣化を抑制することができる。
このような構成によれば、超音波処理したリチウムイオン二次電池の性能劣化回復の程度を精度よく把握することができる。また、その劣化が解消した程度に合わせて前記リチウムイオン二次電池をそのまま再利用するかどうかを容易に判断することができる。
なお、前記超音波処理工程(ステップ101)において、発生させる超音波の周波数は900kHz以上である。また、一方で発生させる超音波の周波数は、本発明の目的に支障がなければ特に制限はないが、典型的には5000kHz以下、好ましくは2000kHz以下である。また、前記リチウムイオン二次電池に超音波を連続して付与する時間は5分以上であり、その上限時間については本発明の目的に支障がなければ特に制限はないが、典型的には1時間以下、好ましくは30分以下である。
図5は、本実施形態の選別方法の流れを示すフローチャートを表す。
まず、ステップS201において、正極50および負極60を有する電極体20と、リン原子(P)を含む非水電解液とを備えるリチウムイオン二次電池100に対し、劣化しているかどうかを判断するために、評価パラメータ1について測定する。具体的な評価パラメータ1としては、前記リチウムイオン二次電池の抵抗や抵抗増加率、充電回数、満充電時における電圧等が挙げられる。また、前記リチウムイオン二次電池が組電池として用いられている場合は、その組電池の電圧や抵抗、充電回数等を前記測定パラメータ1としてもよい。前記リチウムイオン二次電池が車両等に用いられている場合は、その車両の走行距離や温度履歴等を、リチウムイオン二次電池自体の内部抵抗等の代わりに評価パラメータ1として測定してもよい。
なお、ステップS201およびステップS202は、図2のステップS101に該当するステップ(すなわち評価パラメータ1に基づいて性能が劣化していると判断される電池が用意できるステップ)が存在すればよく、個々に用意する電池の各々に対して行う必要はない。換言すれば、ここに開示される劣化回復方法において、任意の工程であって必須の工程ではない。例えば、同一の組電池(バッテリーパック)に同一の条件下で使用された複数の単電池(リチウムイオン二次電池)が含まれる場合、代表として当該複数の単電池のうちのある一つの単電池について評価パラメータ1(例えば内部抵抗の値)について閾値と比較して評価して当該一つの単電池(リチウムイオン二次電池)が劣化しているかどうか判断することにより、組電池を構成する残りの単電池については当該判断(すなわち上記ステップS201およびS202)を省略することもできる。同一の条件で使用された同一の組電池を構成する残りの単電池については、同一の評価パラメータ(例えば内部抵抗値)に基づいて性能が劣化していると判断することが可能だからである。この場合も、個々の単電池について図2のステップS101は実施されているといえる。
また、前記測定したパラメータ1が複数ある場合、予め決められた閾値に対し、個々のパラメータ1を比較せず、代表的なパラメータ1の値のみを用いて比較し、判断してもよい。
以下、実施例について紹介する。
実施例1として、リチウムイオン二次電池に付与する超音波の周波数とリチウムイオン二次電池のリン原子を有する被膜の関係について詳細な検討を行った。まず、図3や図4に表記したような捲回電極体とLiPF6を添加剤として有する非水電解液とを有する扁平型のリチウムイオン二次電池に対し、所定の充放電を繰り返すことにより、リン原子の濃度が50μmol/cm2の被膜を正極表面に有するリチウムイオン二次電池を16個用意した。
次に、用意したリチウムイオン二次電池100に対し、それぞれ500kHz〜2000kHzの周波数で15分間超音波を付与する処理を行った。それぞれ得たリチウムイオン二次電池において、正極表面から試料を採取し、イオンクロマトグラフィ質量分析装置を用いて、超音波付与後の正極表面の被膜に含まれるリン原子の量を測定した。その結果について図8に示す。
本発明者は、リチウムイオン二次電池に付与する超音波の付与時間について詳細な検討を行った。
まず、リチウムイオン二次電池100として、実施例1と同様にして、リン原子の濃度が50μmol/cm2の被膜を正極表面に有するリチウムイオン二次電池を7個用意した。次に、用意したリチウムイオン二次電池100に対し、それぞれ1、5、10、15、20、25、30分間、900kHzにおいて超音波を付与する処理を行った。それぞれ得たリチウムイオン二次電池において、正極表面から試料である被膜を採取し、イオンクロマトグラフィ質量分析装置によって、超音波付与後の正極表面の被膜に含まれるリン原子の量を測定した。その結果について図9に示す。
次に、本発明者は、ここに開示されるリチウムイオン二次電池の性能劣化回復方法が、リチウムイオン二次電池の厚みに係わらず効果があることを確認した。
まず、電極体収容部分の厚み方向の長さ(電極体が収納される空洞部のうち、電極体が積層される方向の長さ)がそれぞれ1cmと2.5cmである電池ケースを用いて、それぞれ電極体収容部分の厚み方向の長さに対応する厚みの電極体を実施例1と同様にして、リン原子の濃度が50μmol/cm2の被膜を正極表面に有するリチウムイオン二次電池をそれぞれ用意した。そして、用意したリチウムイオン二次電池100に対し、900kHzにおいてそれぞれ超音波付与を行い、両者で同等の被膜量の削減効果が出るのに要する時間を検討した。その結果を図10に示す。
上述の実施形態では、リチウムイオン二次電池には、捲回型の電極体が用いられている。しかしながら、ここに開示されるリチウムイオン二次電池の性能劣化回復方法は、これに限定されるものではなく、複数の負極、複数のセパレータおよび複数の正極が積層された積層型の電極体を用いたリチウムイオン二次電池であってもよい。
また、上述の実施形態では、角型のリチウムイオン二次電池が用いられている。しかしながら、ここに開示されるリチウムイオン二次電池の性能劣化回復方法は、これに限定されるものではなく、円筒型の非水電解液二次電池であってもよい。
30 電池ケース
32 電池ケース本体
34 蓋体
36 安全弁
42 正極端子
42a 正極集電板
44 負極端子
44a 負極集電板
50 正極
52 正極集電体
52a 正極活物質層非形成部分
54 正極活物質層
60 負極
62 負極集電体
62a 負極活物質層非形成部分
64 負極活物質層
70 セパレータ
100 リチウムイオン二次電池
200 超音波処理装置
210 媒体
Claims (4)
- 正極および負極を有する電極体と、リン原子(P)を含む非水電解液とを備える、リチウムイオン二次電池の性能劣化を回復する方法であって、
前記リチウムイオン二次電池に対し、超音波を付与する超音波処理工程を包含し、
前記超音波処理工程において、発生させる超音波の周波数は900kHz以上であり、
前記リチウムイオン二次電池に超音波を連続して付与する時間は5分以上である、リチウムイオン二次電池の性能劣化回復方法。 - 前記発生させる超音波の周波数は2000kHz以下である、請求項1記載のリチウムイオン二次電池の性能劣化回復方法。
- 前記リチウムイオン二次電池に対して超音波を連続して付与する時間は30分以下である、請求項1または2記載のリチウムイオン二次電池の性能劣化回復方法。
- 前記超音波処理工程の後に、該超音波処理が施されたリチウムイオン二次電池について評価パラメータを取得し、該取得された評価パラメータに基づいて該電池の劣化が解消した程度を判断する確認工程を有する、請求項1〜3の何れか一項記載のリチウムイオン二次電池の性能劣化回復方法。
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