非水电解质二次电池和电池组的制作方法_4

文档序号:9621180阅读:来源:国知局
溶剂 中,溶解以1. lmol/L的作为锂盐的LiPF6〇
[0067] 在此,将制备的评估电池基元经受例如预定的调节步骤,并且评估当被充电到 4. 8V时的温度增加速率和在高速率循环试验之后的电阻增加速率。
[0068] 接着,如上所述形成的评估电池基元在电解溶液的注入之后,搁置大约10小时, 并且执行初始充电。根据以下工序(procedure) 1和2执行调节步骤。工序1 :以1. 5C执 行恒定电流充电到达4V,操作暂停5分钟。工序2 :在工序1之后,当以恒定电压执行充电 1. 5小时或者充电电流变成0. 1A时,充电停止,并且操作暂停5分钟。
[0069] 接着,在上述的调节步骤之后的评估电池基元的额定容量在25 °C下在3. 0V到 4. IV的电压范围中根据以下工序来测量。工序1 :在通过以1C的恒定电流放电达到3. 0V 之后,执行两小时恒定电压放电,并且在此之后,操作暂停10秒。工序2 :在通过以1C的恒 定电流充电达到4. IV之后,执行2. 5小时恒定电压充电,并且在此之后,操作暂停10秒。工 序3 :在通过以0. 5C的恒定电流放电达到3. 0V之后,执行2小时恒定电压放电,并且在此 之后,操作停止10秒。额定容量:在工序3中的从恒定电流放电到恒定电压放电的放电中 的放电容量(CCCV放电容量)被当作额定容量。在该评估电池基元中,额定容量变成大约 4. OAh。
[0070] 根据以下工序1和2执行S0C调节。在此,S0C调节可在上述的调节步骤和额定 容量的测量之后执行。另外,在本文中,为了产生由于温度恒定的影响,在25°C的温度环境 下执行S0C调节。例如,当S0C被调节到60%时,使用以下工序。工序1:从3V以1C执行 恒定电流充电,并且取得大约60% (S0C 60% :3. 73V)的额定容量的电荷状态。工序2:在 工序1之后,执行2. 5小时恒定电压充电。因此,评估电池基元可被调节到60%的S0C的电 荷状态。在本文中,描述SOC被调节到60%的情况。通过改变在工序1中的电荷状态,评估 电池基元可被调节到可选的电荷状态。例如,当S0C被调节到79%时,在工序1中,评估电 池基元可被设定为79 %的额定容量的电荷状态。
[0071] 在本文中,制备一种评估电池基元,其中在25°C的温度的环境气氛下在调节之后 S0C被调节到60%。然后,根据以下工序I.到III.,测量在4. 8V充电期间的温度。I.附 接温度传感器。II.将评估单元设定到4. 8V的电荷状态。III.测量在4. 8V充电期间的温 度。
[0072] 在此,温度传感器附接到评估电池基元的电池壳20的负电极侧的侧表面的预定 温度传感器附接位置F (参见图5)(工序I.)然后,在25°C的气氛环境下,以1/3C执行恒定 电流充电(CC充电),直到在评估电池基元的正电极与负电极端子之间的电压变成4. 8V,随 后执行恒定电压充电(CV充电),直到总的充电时间变成1. 5小时(工序II.)。在一分钟 暂停之后,采用温度传感器测量温度传感器附接位置F的温度(工序III.)。根据这样的工 序III测量的温度(°C )被当作"在4. 8V充电期间的温度"。
[0073] 在此,在表1中的高速率电阻增加速率(%)是诸如以下示出的高速率循环试验之 前和之后的IV电阻增加速率。评估电池基元的高负载特性通过这样的IV电阻增加速率来 评估。
[0074] 在此,对于高速率循环试验,制备在25°C的温度的环境气氛下在调节之后S0C被 调节到60%的评估电池基元。然后,执行一种高速率循环试验,其中以下工序I到IV被重 复预定次数(在本文中,4000个循环)。
[0075] I.以75A的恒定电流放电达40秒(CC放电)。II.暂停5分钟。III.以10A的 恒定电流充电达300秒(CC充电)。IV.暂停5秒(I到IV的工序重复4000个循环)。
[0076] 在本文中,在上述的高速率循环试验之前和之后,测量在25°C的环境下在S0C 60%的电荷状态中的评估电池基元的IV电阻。
[0077] 根据上述的高速率循环试验,评估电池基元的IV电阻增加。电阻增加速率Z(% ) 采用在高速率循环试验之前测量的IV电阻Za和在高速率循环试验之后测量的IV电阻Zb 通过Z(%) = {Za/Zb}X100来评估。也就是,在此,评估与在高速率循环试验之前测量的 IV电阻Za相对的在高速率循环试验之后测量的IV电阻Zb的大小。
[0078] 关于IV电阻,测量在25°C的环境下的S0C 60%的电荷状态中的评估电池基元的 IV电阻。在此,以如下方式获得IV电阻:以预定电流值⑴执行恒定电流放电达10秒,相 应地测量在放电之后的电压(V)。然后,在放电之后,采用在X轴中的I并采用在Y轴中的 V绘制预定的电流值(I)和电压(V)。然后,基于通过相应的放电所获得的绘图,大概的直 线被绘出,并且其梯度被当作IV电阻。在本文中,基于其中以0. 3C、1C和3C的电流值执行 恒定电流放电的相应的放电之后的电压(V),获得IV电阻(ι?Ω)。
[0079] 如表1和图7所示的是相应的评估电池基元及其评估。
[0080] [表 1]
[0081]
[0083] 在本文中,制备在负电极侧的空间容积X与在正电极侧的空间容积Y的比率(X/Y) 不同的评估电池基元。在表1中示出的样品1到样品8是相应地在负电极侧的空间容积X 与在正电极侧的空间容积Υ的比率(Χ/Υ)不同的评估电池基元。比率(Χ/Υ)是通过将在负 电极侧的空间容积X除以在正电极侧的空间容积Υ所获得的值。
[0084] 在此,样品1的评估电池基元具有在电池壳20的中心处设置的卷绕电极体40。在 样品2到样品8中,在电池壳20中容纳的卷绕电极体40的位置逐渐朝向正电极侧移置(偏 移),并且借此,在负电极侧的空间容积X相对于在正电极侧的空间容积Υ逐渐增加(参照 图5)。
[0085] 如表1所示,在本文中,例如,在样品1中,在负电极侧的空间容积X与在正电极侧 的空间容积Υ相同((Χ/Υ) = 1)。在样品2中,在负电极侧的空间容积X略微大于在正电极 侧的空间容积Y((X/Y) = 1. 56)。因此,当比率(Χ/Υ)是大约1到1. 56时,发现如下倾向: 在过充电期间局部温度增加大,例如在4. 8V的充电期间是80°C以上。现在,在样品1中,在 4. 8V的充电期间的温度是83. 6°C。在样品2中,在4. 8V的充电期间的温度是82. 7°C。
[0086] 另外,例如,如样品3,当在负电极侧的空间容积X变得大于在正电极侧的空间容 积Y时,在4. 8V的充电期间的温度减小到大约70°C (在样品3中是72. 5°C ),也就是,发现 如下倾向:在过充电期间的局部温度增加变得更小。另外,如样品4到7,当在负电极侧的 空间容积X变得进一步大于在正电极侧的空间容积Y时,在4. 8V的充电期间的温度变得小 于70°C,也就是,发现如下倾向:在过充电期间的局部温度增加进一步变得更小。
[0087] 在此,在样品4中,比率(X/Y)是2. 54并且在4. 8V充电期间的温度是68. 3°C。在 样品5中,比率(X/Y)是3. 67并且在4. 8V充电期间的温度是64. 5°C。在样品6中,比率 (X/Y)是4. 93并且在4. 8V充电期间的温度是62. 2 °C。在样品7中,比率(X/Y)是5. 62并 且在4. 8V充电期间的温度是61. 9 °C。
[0088] 相反,当使比率(X/Y)过大时,发现如下倾向:在高速率循环试验之前和之后的电 阻增加速率(%)变大。例如,在样品1到7中,在高速率循环试验之前和之后的电阻增加 速率(%)小于大约110%。另一方面,在样品8中,比率(X/Y)高达6. 79,并且在高速率循 环试验之前和之后的电阻增加速率(%)变得显著高,例如132.8%。
[0089] 因此,在锂离子二次电池10Α中,从将在过充电期间的局部温度增加特别是在负 电极侧的温度增加抑制到低水平的观点看,如图5所示,期望使得在负电极侧的空间容积X 大于在正电极侧的空间容积Υ。在负电极侧的空间容积X与在正电极侧的空间容积Υ的比 率(Χ/Υ)优选地可以是例如大约2. 1 < (Χ/Υ),并且更优选地大约2. 5 < (Χ/Υ)。更进一步, 从将在高速率循环试验之前和之后的电阻增加速率(%)抑制到低水平的观点看,在负电 极侧的空间容积X与在正电极侧的空间容积Υ的比率(Χ/Υ)可以是例如大约(Χ/Υ) <5.7。
[0090] 另外,在此,锂离子二次电池10Α具有由铝制成的正电极集电体箱51和由铜制成 的负电极集电体箱61,也就是,在负电极集电体箱61中的热导率大于正电极集电体箱51的 热导率。当负电极集电体箱61的热导率大于正电极集电体箱51的热导率时,在过充电期 间在负电极侧的温度局部地增加的倾向变得明显。特别地,当执行充电到达大约4. 8V的高 电位时,在卷绕电极体40中,生成一种状态,在该状态中,在负电极活性材料层63中的负电 极活性材料中包含许多锂离子。因此,电解溶液的分解倾向于在负电极活性材料层63以及 在其邻近处进行。然后,伴随在负电极活性材料层63以及在其邻近处的电解溶液分解所生 成的热量经由负电极集电体箱61被很多地发送到负电极端子24。因此,根据本发明的非水 电解质二次电池的结构特别地适用于负电极集电体箱61的热导率大于正电极集电体箱51 的热导率的锂离子二次电池10Α。另外,在此,锂离子二次电池10Α作为非水电解质二次电 池来例示。在负电极侧的温度局部增加的倾向是由在过充电期间的电解质的分解伴随的热 量生成所引起的。因此,根据本发明的非水电解质二次电池不限于锂离子二次电池10Α,除 非另有明确阐述。可使用例如钠离子二次电池或锂离子聚合物二次电池作为根据本发明的 锂离子二次电池。
[0091] 接着,当通过使用上述的锂离子二次电池 10Α组装电池组时,在电池组之中,在相 邻组装的锂离子二次电池10Α中,在电池壳20中容纳的卷绕电极体40可沿着卷绕轴WL的 方向彼此偏移。例如,图8是示意性地示出电池组1000的结构的透视图。具体地,在图8 中示出的电池组1000中,
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