非水電解質(zhì)二次電池的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及非水電解質(zhì)二次電池的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，鋰離子二次電池、鎳金屬氫化物電池和其它非水電解質(zhì)二次電池（例如， 日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2007-311107 (JP 2007-311107A))已經(jīng)被用作車(chē)載電源以及用于PC 和便攜終端的電源。特別地，重量輕且具有高能量密度的鋰離子二次電池的重要性作為車(chē) 載高輸出電源而增長(zhǎng)。在鋰離子二次電池中，進(jìn)行充電和放電，以便在由正電極活性材料制 成的正電極和由負(fù)電極活性材料制成的負(fù)電極之間傳送鋰離子。也就是，在充電時(shí)，鋰（載 荷子）被從正電極活性材料抽出，并且作為鋰離子被釋放到電解質(zhì)中。在充電時(shí)，鋰離子被 插入到在負(fù)電極側(cè)設(shè)置的負(fù)電極活性材料（例如，層狀石墨）的結(jié)構(gòu)中。鋰離子從正電極 活性材料獲得穿過(guò)外部電路的電子，并且被存儲(chǔ)在這里。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 另外，剛組裝的電池處于非充電狀態(tài)，因此對(duì)電池進(jìn)行首次充電處理。也就是，對(duì) 電池進(jìn)行在諸如正電極、負(fù)電極和電解質(zhì)的電池構(gòu)成要素的組裝之后的首次要進(jìn)行的充電 處理。以下，首次充電過(guò)程被稱(chēng)為"初始充電"。通常，當(dāng)進(jìn)行初始充電時(shí)，在電池中生成氣 體，從而升高內(nèi)部壓力。從生產(chǎn)效率的觀點(diǎn)來(lái)看，應(yīng)當(dāng)盡快完成充電。然而，如果內(nèi)部壓力 過(guò)度升高，則電池的安全閥被激活，因此該電池不能使用。相應(yīng)地，要求縮短用于初始充電 的時(shí)間，同時(shí)防止電池的內(nèi)部壓力的升高。
[0004] 本文中提出的非水電解質(zhì)二次電池的制造方法為一種制造非水電解質(zhì)二次電池 的方法，所述非水電解質(zhì)二次電池包括作為負(fù)電極活性材料的石墨和正電極活性材料，所 述正電極活性材料包括在充電時(shí)可以被保持在所述石墨的層之間的載荷子（例如，在鋰離 子二次電池的情況下，鋰）。所述制造方法包括組裝包括正電極和負(fù)電極的電池的步驟。進(jìn) 一步地，所述制造方法包括對(duì)所述電池進(jìn)行首次充電的進(jìn)行初始充電過(guò)程的步驟。這里，在 所述初始充電過(guò)程中，當(dāng)所述充電期間在所述電池中引起的氣體生成量不依賴(lài)于充電電流 值時(shí)，以相對(duì)大的第一電流值進(jìn)行充電，以及當(dāng)所述氣體生成量依賴(lài)于所述充電電流值時(shí)， 以小于所述第一電流值的第二電流值進(jìn)行所述充電。
[0005] 根據(jù)這樣的配置，當(dāng)在初始充電期間在電池中引起的氣體生成量不依賴(lài)于充電電 流值時(shí)，以相對(duì)大的第一電流值進(jìn)行充電。相應(yīng)地，與常規(guī)技術(shù)相比，可以縮短充電時(shí)間。進(jìn) 一步地，當(dāng)在初始充電期間在電池中引起的氣體生成量依賴(lài)于充電電流值時(shí)，以小于第一 電流值的第二電流值進(jìn)行充電。相應(yīng)地，與以第一電流值進(jìn)行充電的情況相比，可以抑制在 電池中氣體的生成。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以防止電池的內(nèi)部壓力的升高并且在短時(shí)間內(nèi)完 成充電。
[0006] 在本文公開(kāi)的制造方法的一個(gè)優(yōu)選方面，當(dāng)所述電池的荷電狀態(tài)（SOC)為預(yù)定的 基準(zhǔn)值A(chǔ)或更小時(shí)，可以以第一電流值進(jìn)行所述充電，以及當(dāng)所述荷電狀態(tài)大于所述預(yù)定 的基準(zhǔn)值A(chǔ)時(shí)，可以以第二電流值進(jìn)行所述充電。在這種情況下，可以簡(jiǎn)化初始充電的控 制。這里，所述SOC基于以下來(lái)指示電池的荷電狀態(tài)：在電池可以可逆地充電和放電的運(yùn)行 電壓范圍內(nèi)，達(dá)到最大電壓的荷電狀態(tài)（也就是，滿(mǎn)充電狀態(tài)）被認(rèn)為100 %，并且達(dá)到最小 電壓的荷電狀態(tài)（也就是，未充電狀態(tài)）被認(rèn)為0%。
[0007] 在本文公開(kāi)的制造方法的一個(gè)優(yōu)選方面，相對(duì)于所述SOC的所述基準(zhǔn)值A(chǔ)被設(shè)定 為5 %以上且20 %以下的范圍。在這樣的基準(zhǔn)值A(chǔ)的范圍內(nèi)，可以以較高的水平既縮短充 電時(shí)間也減少氣體生成量。
[0008] 在本文公開(kāi)的制造方法的一個(gè)優(yōu)選方面，所述第二電流值對(duì)所述第一電流值的比 率（所述第二電流值/所述第一電流值）可以為1/5以上且1/2以下。在這樣的比率（第 二電流值/第一電流值）的范圍內(nèi)，可以以較高的水平既縮短充電時(shí)間也減少氣體生成量。 例如，所述第一電流值可以為1.5C以上且5C以下，并且所述第二電流值可以為0. 1C以上 且1C以下。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 下面將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)意義， 在附圖中，相似的標(biāo)號(hào)表示相似的要素，并且其中：
[0010] 圖1為示意性示例出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的鋰離子二次電池的圖；
[0011] 圖2為示意性示例出在一個(gè)實(shí)施例中使用的卷繞電極體的圖；
[0012] 圖3為示出在SOC和電池內(nèi)部壓力之間的關(guān)系的圖；
[0013] 圖4為示例出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的充電控制裝置的配置的框圖；
[0014] 圖5為示例出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的充電控制裝置的控制流程的流程圖；
[0015] 圖6為示出電池容量和電壓之間的關(guān)系的圖；
[0016] 圖7為示出在高溫下的保存天數(shù)和容量保持率之間的關(guān)系的圖；并且
[0017] 圖8為示出在循環(huán)次數(shù)和容量保持率之間的關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。在下面要描述的附圖中，相同的參考標(biāo)號(hào) 被分配給產(chǎn)生相同效果的部件/部分。注意，在每個(gè)附圖中的尺寸關(guān)系（長(zhǎng)度、寬度、厚度等 等）沒(méi)有示出實(shí)際的尺寸關(guān)系。此外，在本說(shuō)明書(shū)中沒(méi)有特別提及但是對(duì)于本發(fā)明的執(zhí)行 是必要的事項(xiàng)（例如，包括正電極和負(fù)電極的電極體的配置和制造方法，隔板（separator) 或者電解質(zhì)的配置和制造方法，有關(guān)鋰離子二次電池或相似電池的組裝的一般技術(shù)，等等） 可以被理解為本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)的設(shè)計(jì)事項(xiàng)。
[0019] 以下按此順序依次描述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的非水電解質(zhì)二次電池的配置 和初始充電過(guò)程。以下處理對(duì)鋰離子二次電池上進(jìn)行初始充電的情況，但是其不旨在限制 本發(fā)明的適用主體。
[0020] 〈鋰離子二次電池〉本實(shí)施例的鋰離子二次電池100 (以下適宜地稱(chēng)為"電池"） 具有以下配置。也就是，例如，如圖1所示，電極體（卷繞電極體）80和非水電解質(zhì)（未示 出）被容納在具有其中可以容納卷繞電池體80的形狀（扁平箱形）的外殼50。電極體80 被配置為使得伸長(zhǎng)的正電極片10和伸長(zhǎng)的負(fù)電極片20夾著伸長(zhǎng)的隔板40而被卷繞成扁 平形狀。
[0021] 外殼50包括其上端開(kāi)口的扁平矩形立方體狀外殼主體52以及覆蓋開(kāi)口的蓋54。 作為構(gòu)成外殼50的材料，優(yōu)選使用諸如鋁和鋼的金屬材料（在本實(shí)施例中，使用鋁）。或 者，通過(guò)模制諸如聚亞苯基硫醚（PPS)和聚酰亞胺樹(shù)脂的樹(shù)脂材料來(lái)形成外殼50。在外殼 50的頂面（也就是，蓋54)上設(shè)置電連接到卷繞電極體80的正電極的正電極端子70和電 連接到卷繞電極體80的負(fù)電極20的負(fù)電極端子72。在蓋54的兩個(gè)端子70、72之間形成 薄安全閥56,薄安全閥56被配置為當(dāng)內(nèi)部壓力升高到大于預(yù)定水平時(shí)，減輕外殼50的內(nèi)部 壓力。扁平卷繞電極體80和非水電解質(zhì)（未示出）被容納在外殼50中。
[0022] 根據(jù)本實(shí)施例的卷繞電極體80類(lèi)似于通常的鋰離子二次電池的卷繞電極體。如 圖2中所示，在卷繞電極體80尚未被組裝的之前階段，卷繞電極體80具有伸長(zhǎng)的（帶狀） 片結(jié)構(gòu)。
[0023] 〈正電極片〉正電極片10具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中，包括正電極活性材料的正電極活 性材料層14被保持在具有連續(xù)片形狀的箔狀正電極集電體12的兩面上。注意，正電極活 性材料層14未被附著到正電極片10的沿著其寬度方向上的端側(cè)的一個(gè)側(cè)邊緣（圖中的左 側(cè)邊緣部分），以便形成正電極活性材料層非形成部16,在該正電極活性材料層非形成部 16中，正電極集電體以給定的寬度暴露。優(yōu)選將適合于正電極的諸如鋁箔的金屬箔用于正 電極集電體12。
[0024] 作為在本實(shí)施例中使用的正電極活性材料，可以使用一種或多種物質(zhì)，這樣的物 質(zhì)可用作鋰離子二次電池的正電極活性材料并且在充電時(shí)具有可以被保持在負(fù)電極活性 材料（后述的石墨）的層之間的載荷子（這里，鋰）。正電極活性材料的實(shí)例為包括鋰和作 為構(gòu)成金屬元素的過(guò)渡金屬元素的氧化物（鋰過(guò)渡金屬氧化物）。該氧化物具有層狀巖鹽 結(jié)構(gòu)、尖晶石結(jié)構(gòu)和橄欖石結(jié)構(gòu)中的任何結(jié)構(gòu)。該氧化物的具體實(shí)例包括LiNi ^Mn^Co^C^ 等等。
[0025] 除正電極活性材料之外，正電極活性材料層14還可根據(jù)需要包含一種或多種可 用作在通常的鋰離子二次電池中的正電極活性材料層的成分的材料。這樣的材料的實(shí)例 是導(dǎo)電材料。作為導(dǎo)