非水电解质二次电池及其制造方法_4

文档序号:9713797阅读:来源:国知局
质容易成为气体释出。又,认为若在高溫储藏则二腊化合物会更充分地分解并 形成良好的被膜,添加前述碳酸醋系物质、亚硫酸伸乙醋化S)或1,3-丙烷横内醋(PS)作为 添加剂时,运些添加物也同样地容易分解,认为会与二腊化合物协调并形成良好的被膜。尤 其W使负极电位为1.4VW下(相对于Li/Li+)的状态的方式,将电池第一次充电并与高溫储 藏组合,藉此可促进吸附的水或二氧化碳等脱离,在该状态下,二腊化合物及/或其反应生 成物可作用于负极表面而形成些许被膜,故认为可提高抑制气体产生的效果。
[012引(第1步骤)
[0124] 第1步骤中制作暂时密封二次电池。首先在外装构件内收容电极群。电极群由正 极、负极及隔板所构成。具体而言,例如依序积层正极、隔板、负极及隔板,将该积层体卷为 扁平状藉此而形成扁平型的电极群。其他方法可为例如将正极与负极透过隔板积层一组或 多组,并形成电极群。视需要可将该电极群W絶缘胶带卷包固定。在电极群形成后及/或形 成前,可追加将电极群或各构成构件加热及/或真空干燥而降低吸附水分的步骤。
[0125] 如图1及图2所示,正极2与带状的正极端子7电性连接。负极3与带状的负极端子8 电性连接。正负极端子可分别与正负极集电器一体形成。或者可将与集电器分开形成的端 子与集电器连接。在卷包积层体前,正负极端子可分别与正负极连接。或者可在卷包积层体 后连接。
[0126] 将层合膜从热可塑性树脂膜侧拉出加工或冲压加工而形成杯状的电极群收容部 后,W热可塑性树脂膜侧为内侧曲折180°而成为盖体,藉此可形成层合膜制外装构件。金属 制容器的情形例如可通过将金属板冲压加工而形成。W下使用层合膜制外装构件的情形作 为代表例说明。
[0127] 将电极群配置于外装构件的电极群收容部,并将正负极端子延伸出容器外部。接 着将外装构件的正负极端子所延伸出的上端部与垂直于该上端部的一个端部热密封,而形 成密封部。藉此使一边成为开口部,而形成开口状态的外装构件。在此可追加将各构成构件 加热及/或真空干燥而降低吸附水分的步骤。
[0128] 接着从开口部注入非水电解液,并将电极群含浸于非水电解液。在此,为了促进电 解液的含浸,可对电池厚度方向加压并储藏,也可将电极内部减压再注入非水电解液。
[0129] 其后将开口部热密封而形成暂时密封部,藉此可获得将电极群及含浸电极群的非 水电解质密封的暂时密封二次电池。不进行调节时,通过将其实际密封而可获得密封二次 电池。
[0130] (第2步骤)
[0131] 接着进行第2步骤。在暂时密封二次电池的正极端子与负极端子之间流通电流,并 进行第一次充电使负极电位在高于0.8V且1.4VW下的电位(相对于Li/Li+)的范围。优选为 W负极电位比负极活物质的裡离子储藏电位低350mVW上的方式而进行第一次充电。
[0132] 若将电池第一次充电使负极电位成为1.2VW下(相对于Li/Li + )的状态,可更减少 在高溫环境下使用产生的气体,也可更抑制电池容量的降低,故为优选。推测若将电池第一 次充电至负极电位为0.8VW下(相对于Li/L〇的状态,则负极表面会形成过剩被膜,但因 为会使电池的放电容量降低,故不优选。又,负极集电器使用侣时,若将负极电位降低至 0.4VW下(相对于Li/L〇则集电器侣会与裡合金化,故不优选。
[0133] 从制作前述暂时密封电池后到进行第一次充电为止的期间并无特别限制,可配合 生产排程等而任意设定,例如可为1小时至1个月。又,前述第一次充电及后述高溫储藏并非 限定于暂时密封电池制作后最初的充电,只要可在其后开封并排出气体,也可在进行一次 或多次充放电或储藏后进行。
[0134] 负极电位的调整例如在相同电池构成的电池中,使用参考电极,并事前计算使负 极电位成为高于0.8V且1.4VW下(相对于Li/Li + )范围的所求电位的充电电量,将该电量充 电至前述暂时密封电池,藉此可调整负极电位。或可在相同电池构成的电池中,使用参考电 极,并W相同条件充电至使负极电位成为高于0.8V且1.4VW下(相对于Li/Li+)范围的所求 电位,确认此时的电池电压,通过使前述暂时密封电池的第一次充电终止电压成为该确认 电池电压的値的方式而调整。其他方法可为如下方式。将非水电解质二次电池所使用的正 极切出而作为作用极,对极为金属裡锥,电解液与隔板使用与该电池相同者,而制作钮扣型 电池。对该钮扣型电池 W与该电池第一次充电相同的C率、溫度条件进行充电,并描绘纵轴 为电位、横轴为容量的充电曲线。至于负极,切出与前述正极评价时同尺寸的负极作为作用 极,根据前述正极评价的方法,而描绘包括所求电位负极电位的裡离子储藏侧的电位-容量 曲线。将如此所得正极、负极各别的电位-容量曲线重叠在一个图中,读取与负极到达所求 负极电位时的容量相对应的正极电位,并由其正负极电位差求取电池电压,将其电池电压 作为第一次充电终止电压。
[0135] 另外,使用尖晶石构造的裡?儘复合氧化物作为正极活物质时,调整前述暂时密 封电池的负极电位时优选为使电池电压为2.8至3.4V,更优选为3.0至3.4V。使用裡憐酸铁 作为正极活物质时,调整前述暂时密封电池的负极电位时优选为使电池电压为2.1至2.7V, 更优选为2.3至2.7V。
[0136] 进行第一次充电的溫度可任意设定,但优选为20至45°C左右,也可在常溫(20至30 °C)进行。若在常溫进行则可使设备简略化,故为优选。
[0137] 充电电流値可任意设定。若为ICW下则容易获得本发明在高溫环境下抑制气体产 生的效果,更优选为0.5CW下。又,充电中可改变电流値,例如可进行CC-CV充电。另外,可使 1C容量=电池的标称容量。
[0138] 暂时密封二次电池若为略扁平状的形状,可将该电池体一边在厚度方向加压一边 进行第一次充电。加压方法并无特别限制,例如可举出将该电池模压并进行第一次充电的 方法,或将电池收容在与电池前面及背面接触并可固定电池的支架而进行第一次充电的方 法。有关于本发明(14)中将密封二次电池充电的步骤,其充电条件并无特别限制,但可使用 上述本发明(15)所述充电条件。
[0139] 接着将第一次充电至前述负极电位的暂时密封二次电池储藏在溫度50°CW上且 80°CW下的气氛中。
[0140] 气氛溫度为50°CW下时,从电极群释出水或二氧化碳等较花费时间,故工业上较 不利,又,推测虽然在负极表面难W形成适度被膜,但电池的高溫特性会变得不充分。推测 气氛溫度在80°CW上时,正极或负极的表面中容易产生非水电解质反应而形成过剩的被 膜,但电池的放电容量降低且高溫循环时容量维持率也大幅降低。气氛溫度更优选的范围 为 50 至 70°C。
[0141] 将暂时密封二次电池储藏在溫度50°CW上且80°CW下的气氛中的时间,只要是气 体可从负极充分释出的时间即可。例如可为5小时至10日但并不限定于此,优选可为I日至8 日。该储藏时间可因应正极活物质种而调整,例如,正极活物质使用裡-过渡金属复合氧化 物时可为5小时至5日,优选可为1至4日。又,例如,正极活物质使用裡憐酸铁时可为5小时至 10日,优选为5至8日。从进行第一次充电至开始高溫储藏为止的时间并无特别限制,可任意 设定。
[0142] 前述高溫储藏期间中,若将暂时密封二次电池在开回路状态储藏,则会因自体放 电而使负极电位持续提高。在此,若通过在储藏中对该电池略持续地充电而用定电位储藏, 则会使储藏后电池容量大幅降低,故优选为不进行W定电位的储藏,例如渭流充电或浮动 充电。为了填补部分自体放电容量,可在前述储藏中间断地进行自体放电量10%左右的充 电,但最优选是在开回路状态储藏。
[0143] 另外,本发明的「将暂时密封二次电池的负极电位调整至高于0.8V且1.4VW下的 电位,并在50°CW上且80°CW下的气氛中储藏」,并不是指前述高溫储藏期间中必需将负极 电位维持在前述范围,若充电终止时的负极电位在前述电位范围,则也包括储藏期间中负 极电位上升并超过前述电位范围外者。如此情形也可获得本发明的效果。
[0144] (第3步骤)
[0145] 接着将外装构件的一部分裁切或开孔,将第2步骤中滞留于外装构件中的气体排 出至外部。例如将暂时密封部内侧未热密封的部分开封部的任一位置的层合膜裁切,藉此 可将外装构件开封。开封优选为在减压下进行,又,优选为在惰性气氛下或干燥空气中进 行。
[0146] 开封外装构件后,可使用减压室等使非水电解质二次电池在减压气氛下,或者可 使用抽吸喷嘴从外装构件的开封口或孔抽吸气体。通过运些方法可将外装构件内部的气体 更确实地排出。
[0147] 排出气体后,在较开封部的裁切部内侧将外装构件热密封,藉此形成实际密封部, 并将电极群及非水电解质再度密封。进一步在实际密封部外侧裁切开封部。藉此获得非水 电解质二次电池。此时优选为在减压下密封。或者可在外装构件开孔处黏贴黏着胶带等并 密封。即使于不进行调节时,也可在充电步骤后开封去除气体并进行再密封。
[0148] 所得的非水电解质二次电池可任意进行一次W上的充放电。又可在常溫或高溫进 一步储藏。调节处理(第2步骤、或第2步骤+第3步骤)可进行多次。
[0149] W下通过实施例更具体说明本发明。
[0150] 实验 1
[0151] (实施例1)
[0152] <作用极的制作〉
[0153] 将作为活物质的具有尖晶石构造的铁酸裡化i4Ti5〇i2,裡离子储藏电位=1.55V相 对于Li/Li+,比表面积=10.9m^g,平均二次粒径=7.4皿的造粒体,平均一次粒径=0.祉m) 的粉末、及作为导电剂的乙烘黑混合后,加入聚偏氣乙締(PVdF)知N-甲基化咯烧酬(NMP)溶 液并混合,加入NMP后,用揽拌脱气装置(除泡練太郎:THINKY股份有限公司制)W2000rpm揽 拌3分钟,并W2200rpm进行30秒脱气两次。其后W2000rpm揽拌5分钟,并W2200rpm进行30 秒脱气一次,而调制合剂浆液。质量比为Li4Ti5化2:乙烘黑:PVdF = 89.3:4.5:6.2。接着在厚 度20WI1的侣锥所构成的集电器,将所得合剂浆液W片面活物质量为3.0mg/cm 2的方式涂布 于片面。干燥后W合剂密度成为1.8至2.Og/cm3的方式模压,将电极材料切出直径12mm的圆 形,并制作作用极。其后W130°C进行8小时减压干燥。活物质的平均二次粒径是W激光绕射 法(堀场制作所制激光绕射/散射式粒径分布测定装置LA-950)测定,一次粒子是W电子显 微镜法化itachi High-Technologies制扫描电子显微镜S-4800,求100个的平均)求得。活 物质的比表面积是使用比表面积测定装置(Monosorb = Quantachrome Ins1:;r uments公司制) 并通过氮吸附進行的BET单点法而测定。
[0154] <非水电解液的调制〉
[0155] 调制在与碳酸亚乙醋化C)与碳酸伸丙醋(PC)与碳酸甲基乙醋(MEC)的混合溶媒 (混合体积比1:3:6)中溶解有作为裡的四氣化棚酸裡化iBF4)l摩尔/升的溶液,进一步对于 该溶液溶解2质量%的作为添加剂的下二腊,而调制非水电解液。将其作为非水电解液A。
[0156] <评价电池的制作〉
[0157] 将该作用极在露点-70°CW下的手套箱中装入于可密闭的钮扣型评价用电池。评 价用电池是使用材质为不诱钢制(SUS316)的外径20mm、高度3.2mm者。对极(兼参考电极)使 用将厚度0
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