非水系锂蓄电元件的电流分离方法、掺杂方法及掺杂装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的之一在于提供一种掺杂方法，能够在非水系锂蓄电元件的碳酸锂分解型掺杂工序中对主反应的进行状况进行推定。本发明专利技术的电流分离方法、掺杂方法及掺杂装置包括：基于在电池单元的掺杂时测定的电池单元的电压和电流，计算电容器电流密度i

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非水系锂蓄电元件的电流分离方法、掺杂方法及掺杂装置


[0001]本专利技术涉及非水系锂蓄电元件的电流分离方法、掺杂方法及掺杂装置。

技术介绍

[0002]近年来，从以地球环境的保护或资源的节约为目标对能源进行有效利用的观点出发，风力发电的电力平滑化系统或深夜电力储存系统、基于太阳能发电技术的家庭用分散型蓄电系统、电动汽车用的蓄电系统等受到关注。这些蓄电系统中使用的电池要求能量密度高。作为能够满足这样的要求的高能量密度电池的有力候选，正在积极地进行非水系锂蓄电元件的开发。
[0003]非水系锂蓄电元件的制造方法通常包括如下的掺杂工序：在对具有正极、负极、隔膜和电解液的电池单元进行组装后，将锂离子掺杂到负极活性物质中，其中，该正极具有包含正极活性物质的正极活性物质层，该负极具有包含负极活性物质的负极活性物质层，该隔膜配置在正极和负极之间。以往的通常的掺杂方法包括：使用层叠了锂金属箔的具有负极活性物质层的负极来组装电池单元，接着通过对电池单元施加电压来溶解锂金属箔，使锂离子被吸收于负极活性物质层。近年来，例如如专利文献1所记载的那样，已知一种碳酸锂分解型的掺杂方法，其包括：使用具有包含碳酸锂和活性炭的正极活性物质层的正极前体来组装电池单元，接着通过对电池单元施加电压来分解碳酸锂，使锂离子被吸收于负极活性物质。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特开2020
‑
167350号公报
[0007]专利文献2：日本特开2008/>‑
241246号公报
[0008]专利文献3：日本特开2019
‑
114475号公报

技术实现思路

[0009]专利技术要解决的课题
[0010]在所使用的材料相同的情况下，非水系锂蓄电元件的性能(初始的电池单元容量、电阻、以及耐久性试验后的电池单元的性能，例如容量维持率、电阻增加率以及气体产生量等)会根据掺杂工序中的电极反应的进行状况而受到较大影响。可以认为，在碳酸锂分解型的掺杂方法中，不仅发生分解碳酸锂的电极反应(主反应)，还发生各种各样的多个电极反应，并且各个电极反应的进行状况会随着掺杂工序的进行而变化。因此，为了管理、预测或提高所得到的非水系锂蓄电元件的性能等，重要的是掌握掺杂工序中的各电极反应、特别是主反应的进行状况。
[0011]通常，作为推定二次电池的充放电时的内部状态的方法，可以举出基于二次电池的电压、电流、温度等信息以电化学的方式来推定电极反应的方法。例如，专利文献2记载了如下装置：检测二次电池的充放电时的电压、电流以及温度，按照电池模型动态地推定内部
状态，由此更准确地推定电池的充电率。专利文献3记载了一种二次电池系统，其使用用于计算负极活性物质的内部的锂浓度分布的电池模型等来计算负极电位，根据二次电池的SOC(State Of Charge：充电状态)、充电期间的平均电流值以及充电期间的累计电流值来校正负极电位，由此推定锂向锂离子二次电池的负极析出的析出状态。但是，在非水系锂蓄电元件的碳酸锂分解型掺杂工序中，迄今为止不存在对掺杂工序中的各电极反应、特别是主反应的进行状况进行推定的方法。
[0012]因此，本专利技术的目的之一在于提供一种在非水系锂蓄电元件的碳酸锂分解型掺杂工序中能够对主反应的进行状况进行推定的电流分离方法以及掺杂方法。
[0013]用于解决课题的手段
[0014]以下列举本专利技术的实施方式的例子。、
[0015][1][0016]一种电流分离方法，其是非水系锂蓄电元件的电流分离方法，其中，
[0017]所述非水系锂蓄电元件包含电池单元，该电池单元具有：正极前体，其具有包含碳酸锂和活性炭的正极活性物质层；负极，其具有包含能够吸收和释放锂的负极活性物质的负极活性物质层；隔膜，其配置在所述正极前体和所述负极之间；以及电解液，
[0018]上述电流分离方法包括：基于在上述电池单元的掺杂时测定出的上述电池单元的电压和电流，计算上述电池单元的电容器电流密度i
C
和电极反应电流密度i
R
。
[0019][2][0020]一种非水系锂蓄电元件的掺杂方法，其中，
[0021]上述非水系锂蓄电元件包含电池单元，该电池单元具有：正极前体，其具有包含碳酸锂和活性炭的正极活性物质层；负极，其具有包含能够吸收和释放锂的负极活性物质的负极活性物质层；隔膜，其配置在上述正极前体和上述负极之间；以及电解液，
[0022]上述掺杂方法包括以下工序：通过项目1所述的电流分离方法计算上述电池单元的电容器电流密度i
C
和电极反应电流密度i
R
。
[0023][3][0024]根据项目2所述的非水系锂蓄电元件的掺杂方法，其包括：
[0025](1)掺杂条件设定工序，设定包含电池单元温度和输入电压的掺杂条件；
[0026](2)测定工序，一边对上述电池单元施加上述输入电压，一边测定上述电池单元的正极电位E(V)和体电流密度i(A/m2)；
[0027](3)电流密度计算工序，假定使体系的时间变化了Δt时的正极电位E(V)，计算电池单元的电容器电流密度i
C
(A/m2)，并且基于巴特勒
‑
福尔默公式(Butler
‑
Volmer equation)和扩散方程式，计算包含将碳酸锂分解而释放锂离子和电子的电极反应1在内的电极反应1～N(N为3以上的整数)的电流密度i
R1
(A/m2)～电流密度i
RN
(A/m2)；
[0028](4)正极电位修正工序，以使得上述电容器电流密度i
C
和各电极反应的电流密度i
R1
～i
RN
的合计电流密度与上述体电流密度i相等的方式对所假定的上述正极电位E进行修正，得到修正后的正极电位E；以及
[0029](5)电流分离工序，改变体系的时间，反复进行工序(3)和(4)，使得上述合计电流密度收敛于上述体电流密度i。
[0030][4][0031]根据项目3所述的非水系锂蓄电元件的掺杂方法，其中，
[0032]上述掺杂方法还包括工序(6)，在该工序(6)中，在掺杂时控制上述工序(1)中的掺杂条件，使得从上述电流分离工序中得到的修正后的上述正极电位E的变动与作为目标的正极电位E的变动之差变小。
[0033][5][0034]根据项目3或4所述的非水系锂蓄电元件的掺杂方法，其中，
[0035]上述工序(3)中的上述电流密度i
R1
～i
RN
的计算按照以下的基准(i)、(ii)、(iii)进行：
[0036](i)如果测定的上述正极电位E小于电极反应x(x对应于1～N)的起始电位，则认为未产生电极反应x的电流密度i
Rx
(0A/m2)；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电流分离方法，其是非水系锂蓄电元件的电流分离方法，其中，所述非水系锂蓄电元件包含电池单元，所述电池单元具有：正极前体，其具有包含碳酸锂和活性炭的正极活性物质层；负极，其具有包含能够吸收和释放锂的负极活性物质的负极活性物质层；隔膜，其配置在所述正极前体和所述负极之间；以及电解液，所述电流分离方法包括：基于在所述电池单元的掺杂时测定出的所述电池单元的电压和电流，计算所述电池单元的电容器电流密度i
C
和电极反应电流密度i
R
。2.一种非水系锂蓄电元件的掺杂方法，其中，所述非水系锂蓄电元件包含电池单元，所述电池单元具有：正极前体，其具有包含碳酸锂和活性炭的正极活性物质层；负极，其具有包含能够吸收和释放锂的负极活性物质的负极活性物质层；隔膜，其配置在所述正极前体和所述负极之间；以及电解液，所述掺杂方法包括以下工序：通过权利要求1所述的电流分离方法计算所述电池单元的电容器电流密度i
C
和电极反应电流密度i
R
。3.根据权利要求2所述的非水系锂蓄电元件的掺杂方法，其包括：(1)掺杂条件设定工序，设定包含电池单元温度和输入电压的掺杂条件；(2)测定工序，一边对所述电池单元施加所述输入电压，一边测定所述电池单元的正极电位E(V)和体电流密度i(A/m2)；(3)电流密度计算工序，假定使体系的时间变化了Δt时的正极电位E(V)，计算电池单元的电容器电流密度i
C
(A/m2)，并且基于巴特勒
‑
福尔默公式和扩散方程式，计算包含将碳酸锂分解而释放锂离子和电子的电极反应1在内的电极反应1～N的电流密度i
R1
(A/m2)～电流密度i
RN
(A/m2)，其中N为3以上的整数；(4)正极电位修正工序，以使得所述电容器电流密度i
C
和各电极反应的电流密度i
R1
～i
RN
的合计电流密度与所述体电流密度i相等的方式对假定的正极电位E进行修正，得到修正后的正极电位E；以及(5)电流分离工序，改变体系的时间，反复进行工序(3)和(4)，使得所述合计电流密度收敛于所述体电流密度i。4.根据权利要求3所述的非水系锂蓄电元件的掺杂方法，其中，所述掺杂方法还包括工序(6)，在该工序(6)中，在掺杂时控制所述工序(1)中的掺杂条件，使得从所述电流分离工序中得到的所述修正后的正极电位E的变动与作为目标的正极电位E的变动之差变小。5.根据权利要求3或4所述的非水系锂蓄电元件的掺杂方法，其中，所述工序(3)中的所述电流密度i
R1
～i
RN
的计算按照以下的基准(i)、(ii)、(iii)进行：(i)如果测定的所述正极电位E小于电极反应x的起始电位，则认为未产生电极反应x的电流密度i
Rx
(0A/m2)，其中x对应于1～N；(ii)在测定的所述正极电位E为电极反应x的起始电位以上的情况下，利用巴特勒
‑
福尔默公式求出电极反应x的电流密度，在该电流密度小于电极反应x的极限电流密度的情况下，将该电流密度作为电极反应x的电流密度i
Rx
；以及(iii)在通过所述(ii)求出的电流密度为电极反应x的极限电流密度以上的情况下，将利用扩散方程式和巴特勒
‑
福尔默公式求出的电流密度作为电极反应x的电流密度i
Rx
。6.根据权利要求3或4所述的非水系锂蓄电元件的掺杂方法，其中，
的范围，电荷数n
x
选自1～4的整数，对称因子α1选自0.10～0.90的范围。10.一种非水系锂蓄电元件的掺杂装置，其中，所述非水系锂蓄电元件包含电池单元，所述电池单元具有：正极前体，其具有包含碳酸锂和活性炭的正极活性物质层；负极，其具有包含能够吸收和释放锂的负极活性物质的负极活性物质层；隔膜，其配置在所述正极前体和所述负极之间；以及电解液，所述控制装置使用权利要求1所述的电流分离方法，在计算上将掺杂工序中的体电流密度分离为电容器电流密度i
C
和电极反应电流密度i
R
。11.根据权利要求10所述的非水系锂蓄电元件的掺杂装置，其中，所述控制装置包括以下的控制部：(1)掺杂条件设定部，其设定包含电池单元温度和输入电压的掺杂条件；(2)测定部，其一边对所述电池单元施加所述输入电压，一边测定所述电池单元的正极电位E(V)和所述体电流密度i(A/m2)；(3)电流密度计算部，其假定使体系的时间变化了Δt时的正极电位E(V)，计算电池单元的电容器电流密度i
C
(A/m2)，并且基于巴特勒
‑
福尔默公式和扩散方程式，计算包含将碳酸锂分解而释放锂离子和电子的电极反应1在内的电极反应1～N的电流密度i
R1
(A/m2)～电流密度i
RN
(A/m2)，其中N为3以上的整数；(4)正极电位修正部，其以使得所述电容器电流密度i
C
和各电极反应的电流密度i
R1
～i
RN
的合计电流密度与所述体电流密度i相等的方式对假定的正极电位E进行修正，得到修正后的正极电位E；以及(5)电流分离部，其改变体系的时间，反复进行控制部(3)和(4)中的控制，使得所述合计电流密度收敛于所述体电流密度i。12.根据权利要求11所述的非水系锂蓄电元件的掺杂装置，其中，所述掺杂装置还具...

【专利技术属性】
技术研发人员：平冈浩一，木村维摩，大越隆介，浅野祐二，神野堇，马场亮佑，
申请(专利权)人：旭化成株式会社，
类型：发明
国别省市：