制造非水二次電池的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及制造包括非水電解質的電池(非水二次電池)的方法。
【背景技術】
[0002] 與常規電池相比，諸如裡離子電池等等的非水二次電池重量輕且能量密度高。由 此，近年來，非水二次電池被優選地用作車載高輸出電源等等。在運種電池的制造中，典型 地首先由正電極和負電極制成電極體，然后用該電極體和非水電解質構造電池組件。然后， 對由此構造的電池組件執行指定的初始充電（調整)和在高溫下的老化。隨后，檢查性能(例 如，自放電檢查）。
[0003] 在自放電檢查中，通過持續指定的時段放置具有調節后的充電狀態(SOC)的電池 組件并且測量在該時段（自放電）期間電壓下降量，判定該電池組件中的微小(minute)內部 短路的產生。然而，有時候情況為，即使在調節SOC之后，老化的電池組件的電壓暫時不穩定 并且繼續上升或下降(在下文中，該時段將被簡稱為"電壓不穩定時段"）。因此，為了精確地 進行檢查(判定），需要等待直到電池組件的電壓充分地穩定。在相關技術的制造方法中，審U 造所需要的時間（典型地，自放電檢查的初始時段，即，電壓不穩定時段)趨向于變長。用于 應對此問題的技術的例子包括公開號為2012-084W6的天本專利申請（JP 2012-084W6 A)，其列舉了可W通過對在使電池 W高SOC狀態保持1至7天后的老化的電池強制放電并且 通過將強制放電之前和之后的可獲得的電壓之差設定為落在預定范圍內，縮短自放電檢查 時段(特別地，電壓不穩定時段）。
[0004] 然而，本發明人進行的研究顯示，在肝2012-084346 A公開的方法中，上述電池電 壓波動依賴于例如電極批次的狀態或老化條件而常常持續長的時段(例如，5天或更長）。該 趨勢在需要在低SOC區域(例如，SOC為30%或更小的區域）中產生高輸出功率(power)的電 池，例如被安裝到插電式混合動力車輛(PHV)中的電池中尤其明顯。因此，從生產率、工作效 率和成本的角度，存在在不降低檢查精度的情況下進一步縮短自放電檢查時段(例如，電壓 不穩定時段)的需求。
【發明內容】
[0005] 本發明提供一種通過縮短在自放電檢查期間的電壓不穩定時段而在短的時間段 內制造高可靠性的電池的方法。
[0006] 本發明人已對在自放電檢查期間電壓上升(或電壓下降）的原因進行了研究，并且 已發現電極體的配置與電壓上升（或電壓下降）的原因有一些關系。也就是，在非水二次電 池的典型的配置中，為了抑制負電極中電荷載體的沉淀(金屬沉淀），將負電極活性材料層 的表面積(活性材料層被形成的面積)設定為大于正電極活性材料層的表面積。也就是，負 電極活性材料層包括與正電極活性材料層相對的部分(在下文中簡稱為"相對部"）和不與 正電極活性材料層相對的部分(在下文中簡稱為"非相對部"）。在該配置的負電極活性材料 層中，如果通過初始充電（調整)將電荷載體(典型地，裡離子)存儲在相對部中而降低相對 部的電位，則在此后執行的老化期間在負電極活性材料層中出現電荷載體的濃度緩和 (re 1 axat ion)。然后，電荷載體逐漸地朝向具有相對高的電位的非相對部移動。如果電池 W 高電位(高S0C)狀態被放置，則上述濃度緩和進一步發展，并且電荷載體朝向非相對部的端 部和深部移動。如果此后電池被放電，則在相對部中的電荷載體被釋放并且相對部的電位 升高。相反，存儲在非相對部中的電荷載體不被釋放，而是留在非相對部中。因此，非相對部 的電位變為相對低于相對部的電位。如果在負電極活性材料層中出現該電位不均勻 (irregularity)(極化狀態），則留在非相對部中的電荷載體擴散至相對部。電池電壓繼續 升高，直到電位差被消除。相反地，如果相對部的電位相對高于非相對部的電位，則電荷載 體從相對部朝向非相對部擴散。電池電壓繼續下降，直到電位差被消除。
[0007] 在該情況下，本發明人為了縮短電壓不穩定時段已進行研究W尋找防止(或者緩 和)負電極活性材料層中的電位不均勻的方法，并且已得到運樣的結論:控制自放電檢查之 前的電池組件的殘余容量百分比很重要。
[0008] 根據本發明的一方面的制造非水二次電池的方法包括:制備電極體，所述電極體 包括具有正電極活性材料層的正電極和具有負電極活性材料層的負電極，其中所述負電極 活性材料層的表面積大于所述正電極活性材料層的表面積，并且其中所述負電極活性材料 層包括與所述正電極活性材料層相對的相對部和不與所述正電極活性材料層相對的非相 對部；用所述電極體和非水電解質構造電池組件;對所述電池組件初始充電；在40°C W上老 化所述電池組件；調節所述電池組件的殘余容量百分比至11.5%或更大且14%或更小；在 調節所述殘余容量百分比之后，使所述電池組件自放電并且測量電壓下降量；W及基于所 述電壓下降量判定所述電池組件的質量。
[0009] 在本說明書中，術語"殘余容量百分比"是指根據從構造所述電池組件到調節SOC 的充電容量的總和（2充電容量)與放電容量的總和（I：放電容量)通過下面的式子I而計算 的值。
[0011] 在此公開的制造方法中，在將電池組件的殘余容量百分比調節至落在上述范圍內 后執行自放電檢查。運可W防止在調節SOC之后(在調節殘余容量百分比之后)在負電極活 性材料層中的上述電位不均勻(極化狀態)的產生。因此，與相關技術比較，可W縮短電壓不 穩定時段并且可W在較短時間段之內完成自放電檢查。根據由發明人進行的研究，電壓不 穩定時段可W縮短至0天(幾乎可W被消除）。此外，在此公開的制造方法為相對簡單的，因 為僅需要將電池組件的殘余容量百分比調節為落在上述范圍內。從生產率、工作效率和成 本的角度，運是非常有意義的。
[0012] 根據本發明的一方面的所述制造方法可W進一步包括在所述老化與所述調節所 述殘余容量百分比之間對所述電池組件強制放電。在所述老化期間，可W使所述電池組件 保持在60°CW上。在所述強制放電期間，可W使所述電池組件保持在20°C或更高且55°C或 更低的溫度區域中。通過在60°C W上執行老化并且通過在使電池組件保持在相對高的溫度 下的同時對電池組件強制放電，電荷載體的擴散性提高，并且可W緩和負電極活性材料層 中的極化狀態。運可W進一步縮短調節SOC之后的電壓不穩定時段。此外，通過將使電池組 件保持在相對高的溫度下的時間設定為相對長的時間段，可W在負電極的表面上形成均質 的膜，并且可W減小在自放電檢查期間所測量的值的變化。運可W清楚地識別有缺陷的產 品（其中產生短路的電池組件），并且可W精確地執行無缺陷產品判定。因此，可W在短的時 間段內制造高可靠性的電池，并且可W W較高的水平實現本發明的效果。
[0013] 在根據本發明的一方面的所述制造方法中，在所述強制放電期間，可W使所述電 池組件放電至1.6V或更高且2.3V或更低。如果將到達電壓(典型地，終止電壓)設定為落在 該范圍內，則相對部與非相對部之間的電位差變大，并且留在非相對部中的電荷載體變得 容易從非相對部中脫離(escape)。運可W適當地緩和負電極活性材料層中的電位不均勻。 結果，可W進一步縮短在調節SOC之后的電壓不穩定時段。因此，可W在較短的時間段之內 完成自放電檢查并且可WW較高的水平實現本發明的效果。
[0014] 在根據本發明的一方面的所述制造方法中，從所述老化的結束至所述強制放電的 開始的時段可W為24小時或更短。如果將從老化的結束至強制放電的開始的時段設定為落 在該時間之內，可W抑制電荷載體朝向負電極活性材料層的非相對部的端部或深部移動。 由此，電荷載體變得容易從非相對部中脫離。運可W減小負電極活性材料層中的電位不均 勻。結果，可W進一步縮短在調節SOC之后的電壓不穩定時段。
[0015] 在根據本發明的一方面的所述制造方法中，當完成所述殘余容量百分比的所述調 節時，所述電池組件的所述SOC可W被調節至10%或更低。通過評價在該SOC的范圍中的自 放電特性，可W準確地評價在低SOC區域(例如，SOC為30 %或更低的區域）中的電池性能。運 在例如被安裝在可W在寬的SOC區域內要求高功率密度的插電式混合動力車輛的電池中特 別有用。
[0016] 在根據本發明的一方面的所述制造方法中，在所述初始充電期間，所述電池組件 可W被充電至使SOC為65%或更高且110%或更低。此外，可W執行所述老化至少5小時。通 過將電池組件充電至上述SOC范圍，可W在負電極中適當地還原并且分解非水電解質的部 分(例如，非水溶劑或非水成膜劑）。由此，可W在負電極活性材料層的表面上適當地形成由 非水電解質的分解產物組成的膜(SEI膜;固體電解質界面膜）。運可W提高電池組件的耐久 性。此外，通過將電池組件保持在40°C或更高的高溫下至少5小時，可W將在負電極活性材 料層的表面上形成的SEI膜改性為更高質量和/或更均質的膜。運可W有效地降低負電極的 電阻。結果，可W減小自放電檢查期間所測量的值的變化，并且可W更精確地執行無缺陷產 品判定。
【附圖說明】
[0017] 下面將參考附圖描述本發明的示例性實施例的特征、優點、W及技術和工業意義， 在附圖中，相同的參考標號表示相同的部件，其中：
[0018] 圖1是根據本發明的一個實施例的制造方法的流程圖；
[0019] 圖2A是示例出在根據本發明的一個實施例的制造方法中的電池組件的電壓變化 的圖表；
[0020] 圖2B是示例出在根據本發明的一個實施例的制造方法中的電池組件的溫度變化 的圖表；
[0021] 圖3是示例出在強制放電步驟中的終止電壓與從強制放電的結束至自放電檢查的 開始所需要的時間之間的關系的圖表；
[0022] 圖4是示例出在強制放電步驟的開始時的電池組件的溫度與強制放電之后的休止 時間（down time)之間的關系的圖表；
[0023] 圖5是示意性地示例出自放電檢查中的電壓變化的說明圖；
[0024] 圖6是示例出殘余容量百分比與自放電檢查中的AVo.5之間的關系的圖表；
[0025] 圖7A是示意性地示例出在自放電檢查的初始階段電池電壓上升的情況下電壓變 化的說明圖；
[0026] 圖7B是示意性地示例出在自放電檢查的初始階段電池電壓下降的情況下電壓變 化的說明圖；
[0027] 圖8是示例出殘余容量百分比與自放電檢查中的AVs之間的關系的