锂离子电池的初始充电方法和制造方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池的初始充电方法和制造方法。根据该实施例的锂离子电池的初始充电方法包括：制备具有正电极、负电极和电解质的电池单体的处理(S1)；以及通过使用基于所述电池单体的每单位电压的容量变化量的电压作为规定电压，对所述电池单体进行充电的处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池的初始充电方法和制造方法。
技术介绍
近年来，锂离子电池被广泛地用作二次电池。在锂离子电池中，通过初始充电处理在电极表面上形成膜。根据公开号为2012-227035的日本专利申请(JP 2012-227035 A)，例如，当负电极混合物层的表面上的基于碳的材料与非水电解质型锂离子电池中的电解质发生反应时，形成固体电解质界面(SEI)膜。在JP 2012-227035 A中，在用于形成SEI膜的锂离子电池(电池)的初始充电处理中，在膜形成电压区域中重复充电和放电。更具体地说，电池首先在预充电处理中被初始充电以被允许进入膜形成电压区域。然后，开始充电和放电重复处理，以便在膜形成电压区域中重复充电和放电。一旦充电和放电重复处理结束，电池便被充电到满充电电压。当在适合于膜形成的膜形成电压区域中如上所述重复充电和放电时，形成SEI膜。膜形成电压取决于有关负电极活性材料、电解质、添加剂等以及正电极活性材料的材料条件、以及充电条件。因此，在某些情况下，即使当可归因于正电极活性材料的分解电压被用作规定电压时，膜也不能充分地形成，并且无法实现足够的输出性能。
技术实现思路
本专利技术提供允许适当的膜形成的锂离子电池的初始充电方法和制造方法。根据本专利技术一方面的锂离子电池(battery)的初始充电方法包括制备具有正电极、负电极和电解质的电池单体(cell)；以及通过使用基于所述电池单体的每单位电压的容量变化量的电压作为规定电压，对所述电池单体进行充电。根据此方面，可以适当地形成膜。在上述初始充电方法中，可以通过使用基于所述电池单体的每单位电压的容量变化量的电压中的最高电压作为规定电压，执行CCCV充电。这种使用膜形成电压作为规定电压的充电允许以更高的精确度形成膜。在上述初始充电方法中，可以设定多个所述规定电压，并且可以按照从低电压到高电压的顺序执行相对于所述多个规定电压的CCCV充电。在这种情况下，可在每种材料的分解电压下执行CV充电，这样便可以以更高的精确度形成膜。上述初始充电方法可以进一步包括第一充电处理，该处理执行所述电池单体的CC充电，直至达到所述规定电压；以及第二充电处理，该处理在所述第一充电处理之后，以高于所述第一充电处理中的所述CC充电的电流速率的电流速率对所述电池单体进行充电，直至达到满充电电压。在第二充电处理中，在通过第一充电处理适当地形成膜之后以高速率执行充电，这样可以适当地形成膜，同时可以缩短初始充电处理的持续时间。在上述初始充电方法中，可以基于示出所述电池单体的每单位电压的容量变化的微分容量曲线的峰终电压(peak end voltage)而设定所述规定电压。然后可以进一步适当地形成膜。在上述初始充电方法中，可以基于示出所述电池单体的每单位电压的容量变化的微分容量曲线的峰顶电压(peak top voltage)而设定所述规定电压。于是，可以进一步适当地形成膜。根据本专利技术，可以提供允许适当的膜形成的锂离子电池的初始充电方法和制造方法。附图说明下面将参考附图描述本专利技术的示例性实施例的特征、优点、以及技术
和工业意义，在附图中，相同的参考标号表示相同的部件，其中：图1是示例出对第一实施例的样品进行初始充电的情况下的微分容量曲线的图；图2是示例出有关第一实施例的样品的电流速率与峰值电压之间的关系的图；图3是示例出根据第一实施例和第二实施例的电池的充电和放电模式(charging and discharging patterns)的表；图4是示例出与根据第一实施例的电池的初始充电有关的充电电流与充电电压的图；图5是示例出与根据第二实施例的电池的初始充电有关的充电电流与充电电压的图；图6是示例出通过根据第一实施例和第二实施例的初始充电方法充电的电池的低温输出性能的图；图7是示例出与第三实施例的样品有关的电流速率与峰顶电压之间的关系的图；图8是示例出根据第三实施例和第四实施例的电池的充电和放电模式的表；图9是示例出通过根据第三实施例和第四实施例的初始充电方法充电的电池的低温输出性能的图；图10是示例出第五实施例的样品被充电两次的情况下的微分容量曲线的图；图11是示例出电流速率与峰终电压之间的关系的图；图12是示例出根据与第五实施例有关的初始充电方法的充电模式的表；图13是示例出通过根据第五实施例的初始充电方法充电的电池的低温输出性能的图；图14是示例出执行两次充电，直至达到第一峰顶电压的情况下的微分容量曲线的图；图15是示例出执行两次充电，直至达到第一峰终电压的情况下的微分容量曲线的图；图16是示例出执行两次充电，直至达到第二峰终电压的情况下的微分容量曲线的图；图17是依赖于充电电压的剩余反应比(residual reaction ratio)之间的比较的图；图18是示例出电池制造方法的流程图；以及图19是示例出用于得到与电池的初始充电方法有关的规定电压的方法的流程图。具体实施方式下文中将参考附图详细地描述根据本专利技术实施例的锂离子电池的初始充电方法和制造方法。本专利技术不限于下面的实施例。为了描述清晰，下面的描述和附图被适当地简化。附图中的相同参考标号表示实质上相同的配置。第一实施例根据该实施例的初始充电方法包括：用于制备具有正电极、负电极和电解质的电池单体的处理；以及用于对电池单体进行充电，直至达到规定电压的处理。规定电压通过基于容量变化量的电压而被设定。首先描述本专利技术的专利技术人为了设定规定电压而进行的测试。制备用于设定规定电压的评估用样品。这些样品具有以下材料配置。正电极活性材料：Ni-Mn-Co三元系负电极活性材料：碳电解液溶剂：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲酯(EMC)的混合系支持电解质盐：LiPF6添加剂：磷系两种通过以恒定电流速率充电的制备样品，得到微分容量曲线(dQ/dV)。在此，制备五个样品，并且以0.25C、0.75C、1.5C、5C、7.5C的电流速率执行CC充电。作为电流速率单位的C速率是通过将充电电流(A)
除以容量值(Ah)而得到的值。图1示出通过样品测量得到的微分容量曲线。微分容量曲线是这样的图：该图示出通过对充电和放电容量进行电压微分处理而得到的微分容量(dQ/dV)与电压之间的关系。因此，图1示出在以上述电流速率执行对评估用样品的初始充电的情况下，电池单体的每单位电压的容量变化量。图1中的水平轴表示电压(V)，图1中的垂直轴表示微分容量(dQ/dV)。微分容量(dQ/dV)是表示膜形成反应量的指标。在假设电池具有恒定内阻的情况下，例如，电压根据膜形成而变化，不用考虑基于恒定电流的初始充电。换言之，通过充电电流的过电压量，在电极上形成膜。随着微分容量增加，膜形成进行。如图1所示，在基于样品的初始充电的微分容量曲线上确认三个来自于膜形成的峰值(peak)。这三个峰值依次被视为例如第一峰值电压(peak voltage)V1到第三峰值电压V3。图1所示的第一峰值电压V1到第三峰值电压V3是在0.25C下的恒定电流充电情况下的峰。在峰值电压处，每单位电压的容量变化量大。因此，推断出峰值电压是膜形成正在进行(in progress)时的膜形成电压。在膜形成电压下，膜在正电极和负电极上形成。膜在电极与电解质的界面上形成。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池的初始充电方法，包括：制备具有正电极、负电极和电解质的电池单体；以及通过使用基于所述电池单体的每单位电压的容量变化量的电压作为规定电压，对所述电池单体进行充电。

【技术特征摘要】
2015.02.10 JP 2015-0243911.一种锂离子电池的初始充电方法，包括：制备具有正电极、负电极和电解质的电池单体；以及通过使用基于所述电池单体的每单位电压的容量变化量的电压作为规定电压，对所述电池单体进行充电。2.根据权利要求1所述的初始充电方法，其中，通过使用基于所述电池单体的每单位电压的容量变化量的电压中的最高电压作为所述规定电压，执行CCCV充电。3.根据权利要求1或2所述的初始充电方法，其中，设定多个所述规定电压，并且按照从低电压到高电压的顺序执行相对于所述多个规定电压的所述CCC...

【专利技术属性】
技术研发人员：角友秀，松山嘉夫，志村阳祐，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP