JP6447608B2 - 非水電解液二次電池の製造方法 - Google Patents
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Description
(A)正極および負極を備える電極群を構成する。
(B)電極群に第1電解液を含浸する。
(C)第1電解液が含浸された電極群を4.3V以上の電圧まで充電する。
(E)充電後、電極群に第2電解液を含浸することにより、非水電解液二次電池を製造する。
第1電解液は、第1溶媒、第1リチウム塩およびビフェニルを備える。第1溶媒は、1,2−ジメトキシエタンを備えない。第2電解液は、第2溶媒および第2リチウム塩を備える。第2溶媒は、1,2−ジメトキシエタンを備える。
BPが1質量%未満になると、DMEの酸化分解抑制効果が小さくなる可能性がある。BPは4質量%を超えてもよい。ただしBPが4質量%を超えると、BPに由来する酸化被膜が過度に厚くなることにより、低温特性の向上効果が小さくなる可能性がある。
LiNiaCobMncO2 (I)
(ただし式中、0<a<1、0<b<1、0<c<1、a+b+c=1である)
により表される化合物を備える。
まず、本実施形態の非水電解液二次電池の製造方法により製造される非水電解液二次電池の概略が説明される。
図1は、本実施形態に係る非水電解液二次電池の構成の一例を示す概略図である。電池100は、筐体20を備える。図1の筐体20は、円筒形である。ただし、本実施形態の筐体は、角形(扁平直方体)であってもよい。筐体20内には、電極群10および電解液(図示されず)が収納されている。図1の電極群10は、巻回型の電極群である。ただし、本実施形態の電極群は、積層型の電極群であってもよい。電極群10は、正極11および負極12を備える。電極群10は、セパレータ13をさらに備える。セパレータ13は、正極11および負極12の間に介在する。電解液は、電極群10に含浸されている。
以下、非水電解液二次電池の製造方法が説明される。
図2は、本実施形態の非水電解液二次電池の製造方法の概略を示すフローチャートである。本実施形態の製造方法は、(A)電極群の構成、(B)第1電解液の含浸、(C)初期充電、および(E)第2電解液の含浸を含む。
本実施形態の製造方法は、(C)初期充電と(E)第2電解液の含浸との間に、(D)ガス抜きをさらに含んでもよい。本実施形態の製造方法は、(E)第2電解液の含浸の後に、(F)初期サイクルおよび(G)エージングをさらに含んでもよい。
以下、本実施形態の製造方法が順を追って説明される。
本実施形態の製造方法は、(A)正極11および負極12を備える電極群10を構成することを含む。ここでは、まず正極11および負極12が準備される。
正極11は、従来公知の方法により準備され得る。正極11は、たとえば、次の手順により準備され得る。正極合材ペーストが調製される。正極合材ペーストが集電箔の表面に塗工され、乾燥されることにより、正極合材層が形成される。これにより正極が準備される。塗工には、たとえばダイコータ等が使用される。集電箔は、たとえば、アルミニウム(Al)箔、Al合金箔等でよい。集電箔は、たとえば、5〜30μm程度の厚さを有してもよい。
負極12は、従来公知の方法により準備され得る。負極12は、たとえば、次の手順により準備される。負極合材ペーストが調製される。負極合材ペーストが集電箔の表面に塗工され、乾燥されることにより、負極合材層が形成される。これにより負極12が準備される。塗工には、たとえば、ダイコータ等が使用される。集電箔は、たとえば、銅(Cu)箔、Cu合金箔等でよい。集電箔は、たとえば、5〜30μm程度の厚さを有してもよい。
電極群10は、正極11および負極12を備える。電極群は、典型的には、セパレータ13をさらに備える。セパレータ13は、正極11および負極12の間に介在する。電極群10は、次のようにして構成される。たとえば、帯状のセパレータ13を間に挟んで、帯状の正極11および帯状の負極12が互いに対向するように積層され、さらに巻回される。これにより巻回型の電極群10が構成される。あるいは、矩形状のセパレータを間に挟んで、矩形状の正極および矩形状の負極が互いに対向するように交互に積層される。これにより積層型の電極群が構成される。
本実施形態の製造方法は、(B)電極群10に第1電解液を含浸することを含む。第1電解液の含浸は、典型的には、電極群10が筐体20に収納された状態で実施される。
第1電解液は、第1溶媒、第1リチウム塩およびビフェニル(BP)を備える。BPは、後述の(C)初期充電において、酸化分解されることにより、正極11に酸化被膜を形成する。BPに由来する酸化被膜は、DMEの酸化分解を抑制することができる。
本実施形態の製造方法は、(C)第1電解液が含浸された電極群10を4.3V以上の電圧まで充電することを含む。
本実施形態の製造方法は、好ましくは(D)充電後、電極群10からガスを抜くことを含む。
本実施形態の製造方法は、(E)充電後、電極群10に第2電解液を含浸することにより、電池100を製造することを含む。
第2電解液は、第2溶媒および第2リチウム塩を備える。第2溶媒は、DMEを備える。DMEは、第2リチウム塩の解離を促進する。DMEは、粘度が低く、融点も低い。したがって、第2溶媒がDMEを備えることにより、低温特性の向上が期待される。本実施形態では、第2電解液が電極群10に含浸されるよりも前に、正極にBPに由来する酸化被膜が形成されているため、DMEの酸化分解が抑制される。
[EC:DMC:EMC:DME=3:4−x:3:x(ただし1≦x≦4である)]
本実施形態の製造方法は、(F)電池100を充放電することをさらに含んでもよい。この初期サイクル(初期充放電)は、コンディショニングとも称される。
本実施形態の製造方法は、(G)電池100をエージングすることをさらに含んでもよい。エージングは、たとえば、所定のSOCに調整された電池100が、所定の温度環境で、所定期間放置されることにより実施される。エージングにより、たとえば、サイクル耐久性等が向上することが期待される。
上記のように、本実施形態の製造方法により製造される非水電解液二次電池は、電解液溶媒としてDMEを備える。DMEはドナー数が大きい。DMEは粘度および融点も低い。したがって非水電解液二次電池は、低温特性に優れることが期待される。さらに非水電解液二次電池は、BPに由来する酸化被膜を備える。そのため、DMEの酸化分解が抑制されることが期待される。したがって、非水電解液二次電池は、サイクル耐久性にも優れることが期待される。
《実施例1》
(A)電極群の構成
正極活物質として、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2が準備された。正極活物質、アセチレンブラック、PVdFおよびNMPが所定の配合で混合されることにより、正極合材ペーストが調製された。正極合材ペーストがAl箔の表面に塗工され、乾燥されることにより正極合材層が形成された。これにより正極が製造された。正極が圧延され、裁断された。これにより帯状のシートである正極11が準備された。
18650サイズ(直径18mm、高さ65mm)の円筒形の筐体20が準備された。筐体20に電極群10が収納された。
第1リチウム塩:1mоl/l LiPF6
BP:2質量%
筐体20の端子部を経由して電極群10が充放電装置に接続された。1/3Cの電流レートで電極群10が4.5Vまで充電された。
筐体20から第1電解液が流し出された。初期充電で発生したガスが筐体20および電極群10から排出された。
以下の第2溶媒および第2リチウム塩を備える第2電解液が準備された。筐体20に第2電解液が流し込まれた。すなわち電極群10に第2電解液が含浸された。さらに筐体20が密閉された。これにより電池100が製造された。この電池100は、3.0〜4.1Vの範囲で作動するように構成されている。
第2リチウム塩:1mоl/l LiPF6
25℃環境において、1/3Cの電流レートで電池100が3.0Vまで放電された。次いで、以下の定電流充電および定電流放電の一巡からなる充放電サイクルが3回繰り返された。
定電流放電:電流レート=1/3C、終止電圧=3.0V
電池100のSOCが50%に調整された。50℃に設定された恒温槽内で、電池100が24時間放置された。以上より実施例1に係る電池100が製造された。
下記表1に示されるように、第2溶媒の各成分の体積比が変更されることを除いては、実施例1と同じ製造方法により、電池100が製造された。
下記表1に示されるように、第1電解液においてBP量が変更されることを除いては、実施例1と同じ製造方法により、電池100が製造された。
実施例1と同じ製造方法により、電極群10が構成された。電極群10が筐体20に収納された。下記表1に示される第1電解液が電極群10に含浸された。筐体20が密閉された。以下の定電流充電および定電流放電の一巡からなる充放電サイクルが3回繰り返された。
定電流放電:電流レート=1/3C、終止電圧=3.0V
下記表1に示される第1電解液が使用されることを除いては、比較例1と同じ製造方法により、電池100が製造された。
《0℃における初期抵抗の測定》
25℃環境において、電池のSOCが60%に調整された。0℃に設定された恒温槽内に電池が配置された。3Cの電流レートで電池が10秒間放電された。放電10秒後の電圧降下量が測定された。電圧降下量が放電電流で除されることにより、初期抵抗が算出された。結果は下記表1の「0℃」の欄に示されている。各値は、比較例1の初期抵抗が100とされた場合の相対値である。値が小さい程、低温特性に優れることを示している。
−40℃に設定された恒温槽内に電池が配置されることを除いては、「0℃における初期抵抗の測定」と同じ手順により、電圧降下量が測定され、初期抵抗が算出された。結果は、下記表1の「−40℃」の欄に示されている。各値は、比較例1の初期抵抗が100とされた場合の相対値である。値が小さい程、低温特性に優れることを示している。
60℃に設定された恒温槽内に電池が配置された。2Cの電流レートにより、3.0〜4.1Vの範囲で充放電が500回繰り返された。500回目の放電容量が初回の放電容量で除されることにより、容量維持率が算出された。結果は下記表1の「容量維持率」の欄に示されている。各値は、比較例1の容量維持率が100とされた場合の相対値である。値が大きい程、DMEの酸化分解が抑制されていることを示している。
比較例1は、低温特性に劣る。電解液がDMEを備えないためと考えられる。比較例2は、電解液がDMEを備えるため、比較例1に比して低温特性が向上している。しかし、DMEが酸化分解されるため、比較例1よりも容量維持率が低下している。
Claims (7)
- 正極および負極を備える電極群を構成すること、
前記電極群に第1電解液を含浸すること、
前記第1電解液が含浸された前記電極群を4.3V以上の電圧まで充電すること、および
充電後、前記電極群に第2電解液を含浸することにより、非水電解液二次電池を製造すること
を含み、
前記第1電解液は、第1溶媒、第1リチウム塩およびビフェニルを備え、
前記第1溶媒は、1,2−ジメトキシエタンを備えず、
前記第2電解液は、第2溶媒および第2リチウム塩を備え、
前記第2溶媒は、1,2−ジメトキシエタンを備える、
非水電解液二次電池の製造方法。 - 前記負極は、複合粒子を備え、
前記複合粒子は、黒鉛および非晶質炭素を備え、
前記非晶質炭素は、前記黒鉛の表面を被覆しており、
前記第1溶媒は、エチレンカーボネートを備える、
請求項1に記載の非水電解液二次電池の製造方法。 - 前記第2溶媒は、10体積%以上40体積%以下の1,2−ジメトキシエタンを備える、
請求項1または請求項2に記載の非水電解液二次電池の製造方法。 - 前記第2溶媒は、10体積%以上30体積%以下のエチレンカーボネート、および10体積%以上30体積%以下のエチルメチルカーボネートをさらに備える、
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池の製造方法。 - 前記第2溶媒は、10体積%以上30体積%以下のジメチルカーボネートをさらに備え、
前記第2溶媒において、ジメチルカーボネートは、1,2−ジメトキシエタンおよびエチルメチルカーボネートの合計よりも低い体積比率を有する、
請求項4に記載の非水電解液二次電池の製造方法。 - 前記第1電解液は、1質量%以上4質量%以下のビフェニルを備える、
請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池の製造方法。 - 前記正極は、下記式(I):
LiNiaCobMncO2 (I)
(ただし式中、0<a<1、0<b<1、0<c<1、a+b+c=1である)
により表される化合物を備える、
請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池の製造方法。
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