(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024160470
(43)【公開日】2024-11-14
(54)【発明の名称】非水電解質二次電池の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01M 10/058 20100101AFI20241107BHJP
H01M 10/0568 20100101ALI20241107BHJP
H01M 10/0585 20100101ALI20241107BHJP
H01M 10/0587 20100101ALI20241107BHJP
H01M 10/052 20100101ALI20241107BHJP
【FI】
H01M10/058
H01M10/0568
H01M10/0585
H01M10/0587
H01M10/052
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023075493
(22)【出願日】2023-05-01
(71)【出願人】
【識別番号】520184767
【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小島 ゆりか
(72)【発明者】
【氏名】藤田 秀明
(72)【発明者】
【氏名】西出 太祐
【テーマコード(参考)】
5H029
【Fターム(参考)】
5H029AJ05
5H029AK01
5H029AK03
5H029AL02
5H029AL03
5H029AL06
5H029AL07
5H029AL11
5H029AM03
5H029AM07
5H029BJ12
5H029BJ14
5H029CJ02
5H029CJ03
5H029CJ12
5H029CJ13
5H029CJ16
5H029CJ28
5H029HJ01
5H029HJ02
5H029HJ04
5H029HJ14
5H029HJ18
(57)【要約】
【課題】LiFSO
3を含む電解液を用いてハイレートの充放電を繰り返した場合であっても、容量維持率の低下を抑制することができる非水電解質二次電池の製造方法を提供する。
【解決手段】非水電解質二次電池の製造方法は、電極体を収容した外装体内に、LiPF
6及びLiBF
4のうちの少なくとも一方を含む第1電解液を注液して、電池組立体を得る第1工程、電圧が3.5V以上となるように電池組立体を充電する工程を含む第2工程、及び、第2工程後の電池組立体の外装体内に、LiFSO
3を含む第2電解液を注液する第3工程を含む。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電極体を含む非水電解質二次電池の製造方法であって、
前記電極体は、活物質層を有する正極板を含み、
前記電極体を収容した外装体内に、LiPF6及びLiBF4のうちの少なくとも一方を含む第1電解液を注液して、電池組立体を得る第1工程と、
電圧が3.5V以上となるように前記電池組立体を充電する工程を含む第2工程と、
前記第2工程後の前記電池組立体の前記外装体内に、LiFSO3を含む第2電解液を注液する第3工程と、を含む、非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項2】
前記第1電解液中のLiFSO3の含有量は、0.1質量%以下である、請求項1に記載の製造方法。
【請求項3】
前記第1電解液は、LiFSO3を含んでいない、請求項1に記載の製造方法。
【請求項4】
前記第2工程は、さらに、前記充電する工程後の前記電池組立体を、40℃以上で5時間以上保持するエージング工程を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の製造方法。
【請求項5】
前記第2工程は、前記充電する工程後であって前記エージング工程の前に、前記電池組立体内に存在する気体を除去する工程を含む、請求項4に記載の製造方法。
【請求項6】
前記第2工程は、前記充電する工程後に、前記電池組立体内に存在する気体を除去する工程を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の製造方法。
【請求項7】
前記第2工程は、前記電池組立体に対して前記正極板の積層方向に0.5MPa以上の拘束圧を付与しながら行う、請求項1~3のいずれか1項に記載の製造方法。
【請求項8】
前記電極体は、活物質層を有する正極板を備える巻回型電極体又は積層型電極体であり、
前記電極体が前記巻回型電極体である場合、巻回軸に平行な方向における前記活物質層の長さは、150mm以上であり、
前記電極体が前記積層型電極体である場合、
前記積層型電極体の平面視形状は、正方形又は長方形であり、
前記正方形の一辺に平行な方向、又は、前記長方形の長辺に平行な方向における前記活物質層の長さは、150mm以上である、請求項1~3のいずれか1項に記載の製造方法。
【請求項9】
前記第1電解液は、LiPF6を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、非水電解質二次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
非水電解質二次電池の電解液として、LiFSO3を用いることが知られている。例えば、特許文献1には、LiPF6及びLiFSO3を含む電解液を用いることにより、初期充電容量、入出力特性、電池内部インピーダンス特性が改善されることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、LiFSO3を含む電解液を使用した電池において、ハイレートの充放電を繰り返すと、容量維持率が低下することが見出された。
【0005】
本開示は、LiFSO3を含む電解液を用いてハイレートの充放電を繰り返した場合であっても、容量維持率の低下を抑制することができる非水電解質二次電池の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
〔1〕 電極体を含む非水電解質二次電池の製造方法であって、
前記電極体は、活物質層を有する正極板を含み、
前記電極体を収容した外装体内に、LiPF6及びLiBF4のうちの少なくとも一方を含む第1電解液を注液して、電池組立体を得る第1工程と、
電圧が3.5V以上となるように前記電池組立体を充電する工程を含む第2工程と、
前記第2工程後の前記電池組立体の前記外装体内に、LiFSO3を含む第2電解液を注液する第3工程と、を含む、非水電解質二次電池の製造方法。
〔2〕 前記第1電解液中のLiFSO3の含有量は、0.1質量%以下である、〔1〕に記載の製造方法。
〔3〕 前記第1電解液は、LiFSO3を含んでいない、〔1〕又は〔2〕に記載の製造方法。
〔4〕 前記第2工程は、さらに、前記充電する工程後の前記電池組立体を、40℃以上で5時間以上保持するエージング工程を含む、〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の製造方法。
〔5〕 前記第2工程は、前記充電する工程後であって前記エージング工程の前に、前記電池組立体内に存在する気体を除去する工程を含む、〔4〕に記載の製造方法。
〔6〕 前記第2工程は、前記充電する工程後に、前記電池組立体内に存在する気体を除去する工程を含む、〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の製造方法。
〔7〕 前記第2工程は、前記電池組立体に対して前記正極板の積層方向に0.5MPa以上の拘束圧を付与しながら行う、〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の製造方法。
〔8〕 前記電極体は、活物質層を有する正極板を備える巻回型電極体又は積層型電極体であり、
前記電極体が前記巻回型電極体である場合、巻回軸に平行な方向における前記活物質層の長さは、150mm以上であり、
前記電極体が前記積層型電極体である場合、
前記積層型電極体の平面視形状は、正方形又は長方形であり、
前記正方形の一辺に平行な方向、又は、前記長方形の長辺に平行な方向における前記活物質層の長さは、150mm以上である、〔1〕~〔7〕のいずれかに記載の製造方法。
〔9〕 前記第1電解液は、LiPF6を含む、〔1〕~〔8〕のいずれかに記載の製造方法。
【発明の効果】
【0007】
本開示の非水電解質二次電池によれば、LiFSO3を含む電解液を用いてハイレートの充放電を繰り返した場合であっても、容量維持率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】実施形態の非水電解質二次電池の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
(非水電解質二次電池の製造方法)
図1は、実施形態の非水電解質二次電池の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態の非水電解質二次電池(以下、「本電池」ともいう。)は、例えば、リチウムイオンの吸蔵及び放出により充放電を行うリチウムイオン二次電池である。本電池は電極体を含み、電極体は正極活物質層(活物質層)を有する正極板を含む。
【0010】
本電池の製造方法は、
電極体を収容した外装体内に、LiPF6及びLiBF4のうちの少なくとも一方を含む第1電解液を注液して、電池組立体を得る第1工程と、
電圧が3.5V以上となるように電池組立体を充電する工程を含む第2工程と、
第2工程後の電池組立体の外装体内に、LiFSO3を含む第2電解液を注液する第3工程と、を含む。
【0011】
電極体は通常、正極板及び負極板を含む。正極板は、正極活物質を含む正極活物質層を有し、負極板は、負極活物質を含む負極活物質層を有する。電極体は例えば、正極板、負極板、及び、正極板と負極板との間に介在するセパレータを有することができる。
【0012】
本電池は、電解液がLiFSO3を含むため、出力抵抗を小さくすることができる。LiFSO3を含む本電池を上記の製造方法によって製造することにより、ハイレートでの充放電を繰り返しても容量維持率の低下を抑制できる本電池を得ることができる。容量維持率の低下が抑制される理由は、次のように推測される。
【0013】
非水電解質二次電池(以下、「電池」ともいう。)では充放電を繰り返すと、負極活物質の膨張等に起因して電極体から電解液が押し出される。このとき、電極体の端部側で電解液の塩濃度が相対的に小さくなって充放電にムラが発生することに伴い、電極体の端部側において正極板の電位が上昇し、正極活物質とFSO3
-との反応電位に達する。これにより、正極活物質中の遷移金属が溶出し、溶出した遷移金属が負極板に堆積するため、ハイレートでの充放電を繰り返すと容量維持率が低下すると考えられる。これに対し、本電池の製造方法では、第1工程においてLiPF6及びLiBF4のうちの少なくとも一方を含む第1電解液を注液した後、第2工程において3.5V以上となるように充電を行うことにより、正極板に含まれる正極活物質の表面にLiF膜を形成することができる。その後、第3工程においてLiFSO3を含む第2電解液を注液している。それゆえ、充放電の繰り返しにより正極板の電位が上昇しても、正極活物質の表面のLiF膜により正極活物質とFSO3
-との反応が抑制され、正極活物質から遷移金属が溶出することを抑制することができる。これにより、本電池は、LiFSO3を含むことによって出力抵抗を小さく保ちながらも、ハイレートでの充放電を繰り返した場合に容量維持率が低下することを抑制できると考えられる。
【0014】
(第1工程)
第1工程は、外装体に第1電解液を注液して電池組立体を得る工程である。これにより、電極体に第1電解液を含浸させることができる。第1工程は、第1電解液を注液する前に、外装体に電極体を収容する工程を含んでいてもよい。
【0015】
第1電解液は通常、非水電解液であり、好ましくは有機溶媒等の非水溶媒中に、支持塩としてのLiPF6及びLiBF4のうちの少なくとも一方を含有させたものである。第1電解液に含まれる支持塩は、LiPF6及びLiBF4のうちの少なくとも一方であればよく、両方を含んでいてもよい。第1電解液は、好ましくはLiPF6を含み、LiBF4を含んでいなくてもよい。
【0016】
第1電解液が含んでいてもよい非水溶媒としては、例えばエチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、及びジエチルカーボネート(DEC)等が挙げられる。第1電解液は、これらのうちの1種又は2種以上の非水溶媒を含むことができ、好ましくはEC、DMC、及びEMCのうちの少なくとも1種を含み、より好ましくはEC及びDMCを含み、さらに好ましくは少なくともECを含む。第1電解液に用いる非水溶媒は、好ましくは、EC、DMC、及びEMCのうちの2種以上を、EC:DMC:EMC=5~40:0~70:0~70(体積比)の混合比で含み、EC:DMC:EMC=10~40:20~70:0~50(体積比)の混合比で含んでいてもよく、EC:DMC=30~40:60~70(体積比)の混合比で含んでいてもよい。本明細書において、「x~y」(x,yは数値を表す)の表記は、x以上y以下であることを示す。
【0017】
第1電解液に含まれるLiPF6及びLiBF4の濃度は、例えば0.5mol/L以上1.5mol/L以下であってもよく、0.6mol/L以上1.2mol/L以下であってもよく、0.7mol/L以上1.0mol/L以下であってもよい。上記濃度は、第1電解液がLiPF6及びLiBF4のうちの一方を含む場合は当該一方の濃度であり、第1電解液がLiPF6及びLiBF4の両方を含む場合はLiPF6及びLiBF4の合計濃度である。上記濃度は、非水溶媒(2種以上の非水溶媒を含む場合はその合計)1Lに対するLiPF6及びLiBF4のモル数である。
【0018】
第1電解液は、LiPF6及びLiBF4以外の支持塩を含んでいてもよいが、LiFSO3の含有量は小さいことが好ましい。第1電解液中のLiFSO3の含有量は、好ましくは0.1質量%以下である。ここでいう第1電解液中のLiFSO3の含有量[質量%]は、第1電解液の総量に対するLiFSO3の量である。第1電解液中のLiFSO3の含有量は、0.05質量%以下であってもよく、含んでいなくてもよい。第1電解液中のLiFSO3の含有量が上記の範囲内であることにより、第1工程において、LiFSO3が電離して生じるFSO3
-が、正極活物質の表面に直接接することを抑制することができる。これにより、第2工程において、正極活物質の表面へのLiF膜の形成が阻害されにくくなるため、ハイレートで本電池の充放電を繰り返した場合にも、正極活物質とFSO3
-との反応を抑制し、容量維持率の低下を抑制することができる。
【0019】
(第2工程)
第2工程は、電圧が3.5V以上となるように電池組立体を充電する工程を含む。充電する工程は、電池組立体を初めて3.5V以上に充電する工程である。充電する工程の電圧は3.6V以上であってもよく、3.8V以上であってもよく、通常4.2V以下である。これにより、電池組立体に含まれる正極活物質の表面にLiF膜を形成することができる。
【0020】
第2工程は、さらに、充電する工程後の電池組立体を30℃以上で5時間以上保持するエージング工程を行ってもよい。エージング工程を行う温度は、35℃以上であってもよく、40℃以上であってもよく、通常70℃以下である。エージングを行う時間は、6時間以上であってもよく、7時間以上であってもよく、通常20時間以下である。エージング工程は、好ましくは、充電後の電池組立体を40℃以上で5時間以上保持する。これにより、正極活物質の表面にLiF膜を十分に形成しやすくなり、ハイレートでの充放電を繰り返した場合の容量維持率の低下をより一層抑制しやすくなる。
【0021】
第2工程は、さらに、充電する工程後に、電池組立体内に存在する気体を除去する工程(以下、「脱泡工程」ともいう。)を含んでいてもよい。第2工程がエージング工程を含む場合、脱泡工程は、好ましくは、充電する工程後であってエージング工程の前に行う。これにより、正極活物質の表面に均一にLiF膜を形成しやすくなり、ハイレートでの充放電を繰り返した場合の容量維持率の低下をより一層抑制しやすくなる。
【0022】
脱泡工程は、電池組立体内を減圧する方法を挙げることができる。電池組立体内を減圧することにより、電極体の全体に第1電解液を含浸させやすくすることもできる。
【0023】
第2工程は、好ましくは、電池組立体に対して正極板の積層方向に0.5MPa以上の拘束圧を付与しながら行う。正極板の積層方向は通常、正極板及び負極板を積層した積層方向と同じ方向である。拘束圧は、0.5MPa以上5MPa以下であってもよく、1MPa以上4MPa以下であってもよく、2MPa以上4MPa以下であってもよい。拘束時のプレス圧を調整することによって、拘束圧を所定の値に設定することができる。第2工程を上記拘束圧を付与しながら行う場合、充電する工程よりも前に電池組立体を拘束することが好ましいが、充電する工程の後に電池組立体を拘束してもよい。
【0024】
第2工程が充電する工程に加えて、エージング工程及び脱泡工程のうちの少なくとも一方を含む場合、好ましくは、第2工程に含まれる全ての工程を上記の拘束圧を付与しながら行う。拘束圧の付与は、1つの電池組立体に対して行ってもよく、2以上の電池組立体を電気的に接続するように配列した電池組立体群(組電池)に対して行ってもよい。電池組立体群は、好ましくは、電池組立体を相互に隣接するように配列したものであり、電池組立体の正極板の積層方向が同じ方向となるように電池組立体が配列されている。本電池を上記の拘束圧で拘束する場合、ハイレートの充放電を繰り返すと、電解液の塩濃度のムラが発生して容量維持率が低下やすいため、本電池の製造方法によって電池を製造することが好ましい。
【0025】
(第3工程)
第3工程は、第2工程後の電池組立体の外装体内に、LiFSO3を含む第2電解液を注液する工程である。これにより、支持塩としてLiPF6及びLiBF4のうちの少なくとも一方とLiFSO3とを含む本電池を得ることができる。上記したように、第3工程では、第2工程において正極活物質の表面にLiF膜を形成した後に、外装体内に第2電解液を注液している。そのため、第2電解液に含まれるLiFSO3が電離して生じるFSO3
-が、正極活物質の表面に直接接することを抑制することができる。これにより、ハイレートで本電池の充放電を繰り返した場合にも、正極活物質とFSO3
-との反応を抑制できるため、容量維持率の低下を抑制することができる。本電池はLiFSO3を含むため、出力抵抗を小さくすることもできる。
【0026】
第2電解液中のLiFSO3の含有量は、好ましくは0.5質量%以上2質量%以下であり、0.6質量%以上1.8質量%以下であってもよく、0.7質量%以上1.5質量%以下であってもよい。第2電解液中のLiFSO3の含有量は、第2電解液の総量に対するLiFSO3の量である。
【0027】
第2電解液は通常、非水電解液であり、好ましくは有機溶媒等の非水溶媒中に、支持塩としてのLiFSO3を含有させたものである。第2電解液が含んでいてもよい非水溶媒としては、第1電解液が含んでいてもよい非水溶媒が挙げられる。第2電解液に含まれる非水溶媒は、第1電解液に含まれる非水溶媒と同じであってもよく、異なっていてもよい。第2電解液は、好ましくはEC及びDMCを含む。第2電解液に用いる非水溶媒は、好ましくはEC、DMC、及びEMCのうちの2種以上を、EC:DMC:EMC=5~40:0~70:0~70(体積比)の混合比で含み、EC:DMC:EMC=10~40:20~70:0~50(体積比)の混合比で含んでいてもよく、EC:DMC=30~40:60~70(体積比)の混合比で含んでいてもよい。
【0028】
第2電解液は、LiFSO3以外の支持塩を含んでいてもよく、LiPF6及びLiBF4のうちの少なくとも一方を含んでいてもよく、好ましくはLiPF6を含む。第2電解液は、例えば第1電解液に含まれる支持塩と同じ支持塩を含んでいてもよく、第1電解液がLiPF6を含む場合、好ましくは第2電解液もLiPF6を含む。第2電解液に含まれるLiPF6及びLiBF4の濃度は、例えば0.5mol/L以上1.5mol/L以下であってもよく、0.6mol/L以上1.2mol/L以下であってもよく、0.7mol/L以上1.0mol/L以下であってもよい。上記濃度は、第2電解液がLiPF6及びLiBF4のうちの一方を含む場合は当該一方の濃度であり、第2電解液がLiPF6及びLiBF4の両方を含む場合はLiPF6及びLiBF4の合計濃度である。上記濃度は、非水溶媒1Lに対するLiPF6及びLiBF4のモル数である。
【0029】
第3工程後の電池組立体内には、第1電解液と第2電解液との混合電解液が含まれる。混合電解液中のLiPF6及びLiBF4の濃度は、好ましくは0.5mol/L以上1.5mol/L以下であり、0.7mol/L以上1.4mol/L以下であってもよく、0.8mol/L以上1.2mol/L以下であってもよい。上記合計濃度は、混合電解液中の非水溶媒1Lに対するLiPF6及びLiBF4の合計モル数である。上記合計濃度は、混合電解液中にLiPF6及びLiBF4のうちの一方を含む場合は当該一方の濃度であり、混合電解液中にLiPF6及びLiBF4の両方を含む場合はLiPF6及びLiBF4の合計濃度である。
【0030】
(電極体)
上記したように、電極体は例えば、正極板、負極板、及び、セパレータを有することができる。電極体は、巻回型電極体であってもよく、積層型電極体であってもよい。
【0031】
電極体が巻回型電極体である場合、巻回軸に平行な方向における正極活物質層及び負極活物質層の長さは、それぞれ独立して、130mm以上であってもよく、好ましくは150mm以上であり、150mm以上350mm以下であってもよく、180mm以上350mm以下であってもよく、200mm以上300mm以下であってもよい。電極体が積層型電極体である場合、好ましくは、積層型電極体の平面視形状は正方形又は長方形である。この場合、積層型電極体において、正方形の一辺に平行な方向における正極活物質層及び負極活物質層の長さ、又は、長方形の長辺に平行な方向における正極活物質層及び負極活物質層の長さは、それぞれ独立して、130mm以上であってもよく、好ましくは150mm以上であり、150mm以上350mm以下であってもよく、180mm以上350mm以下であってもよく、200mm以上300mm以下であってもよい。
【0032】
電極体は、正極活物質層及び負極活物質層のうちの少なくとも一方が上記の長さの範囲にあればよいが、正極活物質層及び負極活物質層の両方の長さが上記した範囲であることが好ましい。正極活物質層及び負極活物質層のうちの少なくとも一方が上記した長さにあるサイズの大きい非水電解質二次電池では、ハイレートの充放電を繰り返すと、電極体の位置によって電解液の塩濃度にムラが生じやすいため、本電池の製造方法によって電池を製造することが好ましい。
【0033】
正極板は、正極集電体と、正極集電体上に形成された正極活物質層とを有することができる。正極集電体は、例えば、アルミニウム及びアルミニウム合金等のアルミニウム材料を用いて構成された金属箔である。正極活物質層は、正極活物質を含む。正極活物質としては例えば、層状系又はスピネル系等のリチウム遷移金属酸化物(例えば、LiNiCoMnO2、LiNiO2、LiCoO2、LiFeO2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiCrMnO4、LiFePO4、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)が挙げられる。
【0034】
正極活物質層は、正極活物質以外に結着材及び導電助剤のうちの一方又は両方を含むことができる。結着材としては、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等が挙げられる。導電助剤としては、繊維状炭素、カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック等)、コークス、活性炭等の炭素材料が挙げられる。繊維状炭素としては、カーボンナノチューブ(以下、「CNT」ともいう。)が挙げられる。CNTは、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)であってもよく、2層カーボンチューブ(DWCNT)等の多層カーボンナノチューブであってもよい。
【0035】
負極板は、負極集電体と、負極集電体上に形成された負極活物質層とを有することができる。負極集電体は、例えば、銅及び銅合金等の銅材料を用いて構成された金属箔である。負極活物質層は、負極活物質を含む。負極活物質としては例えば、黒鉛(グラファイト)等の炭素(C)原子を含む炭素系活物質;ケイ素(Si)、錫(Sn)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)からなる群から選択される元素を含む金属単体又は金属酸化物等の金属元素を含む金属系活物質が挙げられる。負極活物質層は、金属系活物質としてケイ素元素を含むSi系活物質を含んでいてもよい。
【0036】
Si系活物質としては、ケイ素単体、SiC(ケイ素及び炭素の複合材料であり、例えば、多孔質炭素粒子内にケイ素のナノ粒子が分散されたもの等)、SiOx、LixSiyOz等が挙げられる。Si系活物質は充放電に伴う膨張収縮が大きく、ハイレートの充放電を繰り返すと電解液の塩濃度のムラが発生しやすい。それゆえ、負極活物質層がSi系活物質を含む場合、本電池の製造方法によって電池を製造することが好ましい。
【0037】
負極活物質層は、負極活物質以外に結着材及び導電助剤のうちの一方又は両方を含むことができる。結着材としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、ヒドロキシプロピルセルロース等のセルロース系結着材;スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリル酸(PAA)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等が挙げられる。導電助剤としては、上記したものが挙げられる。
【0038】
セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、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(フィルム、不織布等)が挙げられる。多孔質シートは、単層構造であってもよく、2層以上の多層構造であってもよい。セパレータは、多孔質シートの表面に機能層を有していてもよい。機能層は、耐熱層、並びに、正極板及び負極板に接着するための接着層のうちの少なくとも一方が挙げられる。
【0039】
(外装体)
外装体は、電極体を収容する筐体であり、電極体を収容するための開口部を有する。外装体の開口部は、封口板を用いて封口することができる。外装体及び封口板は、好ましくは金属製であり、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、又は鉄合金等を用いて形成でき、例えばアルミニウムラミネートフィルムを用いて形成することができる。
【実施例0040】
以下、実施例及び比較例を示して本開示をさらに具体的に説明する。
〔実施例1〕
(正極板の作製)
正極活物質としてのLiNiCoMnO2、導電助剤としてのアセチレンブラック(AB)、結着材としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)を、LiNiCoMnO2:AB:pVdF=100:1:1(質量比)で用い、これをN-メチルピロリドン(NMP)と混合して正極合剤スラリーを得た。正極集電体としてのアルミニウム箔上に、正極合剤スラリーを塗布して乾燥し、所定の厚みになるように圧縮することにより、アルミニウム箔上に正極活物質層を形成した後、所定の幅で切り出すことにより、正極板を得た。正極板は、幅方向において、アルミニウム箔上に正極活物質層が形成されている領域と、正極活物質層が形成されておらずアルミニウム箔が露出している領域とを有していた。正極板の正極活物質層の幅(後述する電極体の巻回軸に平行な方向の長さ)は150mmであった。
【0041】
(負極板の作製)
負極活物質としての黒鉛、結着材としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)及びカルボキシメチルセルロース(CMC)を、黒鉛:SBR:CMC=100:1:1(質量比)で用い、これを水と混合して負極合剤スラリーを得た。負極集電体としての銅箔上に、負極合剤スラリーを塗布して乾燥し、所定の厚みになるように圧縮することにより、銅箔上に負極活物質層を形成した後、所定の幅で切り出すことにより、負極板を得た。負極板は、幅方向において、銅箔上に負極活物質層が形成されている領域と、負極活物質層が形成されておらず銅箔が露出している領域とを有していた。負極板の負極活物質層の幅(後述する電極体の巻回軸に平行な方向の長さ)は154mmであった。
【0042】
(電極体の作製)
ポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレンの三層の層構造を有するセパレータを準備した。上記で得た正極板と負極板とを上記セパレーターを介して積層して巻回することにより、巻回型電極体を得た。巻回型電極体は、巻回軸に平行な方向の一端に正極集電体が露出し、他端に負極集電体が露出していた。巻回型電極体の正極集電体が露出している領域に外部集電用のアルミニウム板を溶接し、負極集電体が露出している領域に外部集電用の銅板を溶接した後、巻回型電極体を、アルミニウムラミネートフィルムで形成された外装体に収容した。
【0043】
(第1電解液の準備)
支持塩としてLiPF6を用い、非水溶媒としてエチレンカーボネート(EC)及びジメチルカーボネート(DMC)の混合溶媒(EC/DMC=30/70(体積比))を用い、LiPF6の濃度が0.7mol/Lとなるように、LiPF6と混合溶媒とを混合して第1電解液を調製した。
【0044】
(第2電解液の準備)
支持塩としてLiPF6及びLiFSO3を用い、非水溶媒としてEC及びDMCの混合溶媒(EC/DMC=30/70(体積比))を用い、LiPF6の濃度が0.7mol/Lであり、LiFSO3の濃度が3質量%となるように、LiPF6、LiFSO3、及び混合溶媒を混合して第2電解液を調製した。
【0045】
(非水電解質二次電池の作製)
上記で作製した巻回型電極体を収容した外装体内に、第1電解液を注液して電池組立体を得た(第1工程)。次に、電池組立体において巻回型電極体の巻回軸に平行な2つの面(すなわち、巻回型電極体の正極板及び負極板の積層方向に直交する2つの面)のそれぞれにステンレスの拘束板を配置して、電池組立体を2枚の拘束板で挟み込んだ。この2枚の拘束板の四つの角を、ボルト及びナットを用いて互いに締結し、電池組立体に0.5MPaの拘束圧が付与されるようにプレス機を用いて荷重をかけて調整した。設定された拘束圧が付与された状態の電池組立体をC/10の電流値で3.5Vに充電した後、ゲージ圧が-50kPaとなるように減圧して1分間保持し、減圧状態を解放する操作を3回繰り返すことにより、電池組立体内に存在する気体を除去する脱泡工程を行った(第2工程)。続いて、外装体を封止し、C/10の電流値で3Vの電位まで放電した後に外装体を開封して、第2電解液を注液し(第3工程)、外装体を再び封止して、非水電解質二次電池を得た。第1電解液及び第2電解液は、第1電解液:第2電解液=60:40(質量比)となるように注液した。
【0046】
〔実施例2〕
脱泡工程後に外装体を封止し、30℃で5時間保持するエージング工程を行ったこと以外は、実施例1と同じ手順で非水電解質二次電池を得た。
【0047】
〔実施例3〕
電池組立体を3.5Vに充電した後、脱泡工程を行うことなく、40℃で5時間保持するエージング工程を行ったこと以外は、実施例1と同じ手順で非水電解質二次電池を得た。
【0048】
〔実施例4〕
脱泡工程後に外装体を封止し、40℃で5時間保持するエージング工程を行ったこと以外は、実施例1と同じ手順で非水電解質二次電池を得た。
【0049】
〔比較例1〕
(比較電解液の調製)
支持塩としてLiPF6及びLiFSO3を用い、非水溶媒としてEC及びDMCの混合溶媒(EC/DMC=30/70(体積比))を用い、LiPF6の濃度が0.7mol/Lであり、LiFSO3の濃度が1.2質量%となるように、LiPF6、LiFSO3、及び混合溶媒を混合して比較電解液とした。
【0050】
(非水電解質二次電池の作製)
実施例1で説明した手順で作製した巻回型電極体を収容した外装体内に、比較電解液を注液して電池組立体を得た。実施例1で説明した手順で電池組立体を拘束した。設定された拘束圧が付与された状態の電池組立体をC/10の電流値で3.5Vに充電した後、実施例1で説明した手順で脱泡工程を行った。続いて、40℃で5時間保持するエージング工程を行って非水電解質二次電池を得た。
【0051】
<評価>
(初期活性化)
25℃の環境下において、上記で得た非水電解質二次電池をC/10の電流値で、4.2Vcccv(定電流・定電圧)まで充電し、60℃で24時間保存した。その後、C/10の電流値で3Vの電位まで放電することにより、非水電解質二次電池の初期の活性化を行った。
【0052】
[出力抵抗の評価]
初期活性化した非水電解質二次電池を、25℃の環境下において、C/3の電流値でSOC(充電率)が50%になるまで充電して30分休止した後、非水電解質二次電池の電圧V0を測定した。その後、25℃の環境下において、2Cの電流値で10秒間放電し、10秒目の非水電解質二次電池の電圧V1を測定した。下記式にしたがって非水電解質二次電池の抵抗を算出した。
抵抗[Ω]=(V0-V1)/2Cの電流値
【0053】
比較例1の抵抗の値を100(基準)としたときの相対値として、各実施例の抵抗の値を換算し、この換算値が100以下であるものをAと評価し、100を超えるものをBと評価した。結果を表1に示す。
【0054】
[サイクル試験]
25℃の環境下において、上記の初期活性化した非水電解質二次電池を1Cの電流値で、4.2Vcccv(定電流・定電圧)まで充電し、1Cの電流値で3Vの電位まで放電する充放電を1サイクルとして、このサイクルを繰り返し行った。下記式にしたがって、1サイクル目の放電容量W1に対する500サイクル目の放電容量W500の維持率を容量維持率[%]として算出した。結果を表1に示す。
容量維持率[%]=(W500/W1)×100
【0055】
【0056】
実施例1~4及び比較例1で得た非水電解質二次電池は、いずれもLiFSO3を含むため、出力抵抗を小さくすることができる。実施例1~4は第1工程~第3工程を含むため、比較例1に比較してサイクル試験における容量維持率が良好であった。実施例1~4では第1電解液がLiFSO3を含んでいないため、第2工程で行った充電により正極活物質の表面にLiF膜が形成され、サイクル試験での正極活物質の溶出が抑制されたことにより、容量維持率が良好であったと推測される。実施例1と実施例2及び4との対比から、エージング工程を行うことにより正極活物質の表面にLiF膜が十分に形成されやすく、サイクル試験での容量維持率を向上しやすいと考えられる。実施例2と実施例4との対比から、エージング工程の温度が高い方が正極活物質の表面にLiF膜が十分に形成されやすく、サイクル試験での容量維持率を向上しやすいと考えられる。実施例3と実施例4との対比から、エージング工程の前に脱泡工程を行うことにより、正極活物質の表面にLiF膜が十分に形成されやすく、サイクル試験での容量維持率を向上しやすいと考えられる。